В данной работе исследовалась микроструктура и оптическое поглощение пленок a-Si:H, полученных в плазме НЧ разряда. Как было установлено методами атомно-силовой микроскопии, характерным элементом микроструктуры поверхности данных пленок являются кластеры диаметром 20-50 нм. Измеренные спектры оптического поглощения имели характерные топологические особенности в виде пика в низкоэнергетической части спектра, амплитуда которого достигала 103 см-1.
Для объяснения полученных результатов было выдвинуто предположение, что в объеме материала, так же как и на поверхности, присутствуют структурные неоднородности в виде кластеров. При этом кластер, по аналогии с моделью квантовых ям М.Х.Бродски [1], представляет собой квантовую точку, которая образованна практически "чистым" a-Si, а широкозонная - областями с повышенным содержанием водорода.
Тогда для материала, содержащего произвольно расположенные включения в виде кластеров, его диэлектрическую функцию ε* можно связать с поляризуемостью кластеров α* уравнением Максвелл-Гарнетта:
, (1)
где εh- диэлектрическая функция областей с повышенным содержанием водорода, N - концентрация кластеров. Приняв α* равной обычной поляризуемости сферы радиусом R:
, (2)
где εs- диэлектрическая функция областей образованных практически "чистым" a-Si, найдем оптическое поглощение по известной формуле:
. (3)
Расчет линейного оптического поглощения по формуле (3) теперь сводится к нахождению диэлектрических функций εs и εh. Согласно [2], диэлектрическую функцию определим как:
, (4)
, (5)
где n = v, c- номера заполненных и свободных электронных состояний;mc - эффективная масса электрона;Mij (k) - матричный элемент оператора импульса; e¯- вектор поляризации световой волны; значения для уровней размерного квантования в квантовой точке для зоны проводимости и валентной находили из решения уравнения Шредингера.
Результаты теоретического расчета произведенного нами, согласуются со спектрами оптического поглощения полученными в ходе эксперимента. При этом четко прослеживается взаимосвязь между размерами кластеров в пленке a-Si:H и видом спектра поглощения.
Список литературы
- M.H.Brodsky Sol.St.Commun., 36, 55 (1980)
- Р.Уиллардс, А.Бир Оптические свойства полупроводников. М.:Мир, 1970. 376с.
Библиографическая ссылка
Вишняков Н.В., Юлкин А.В., Уточкин И.Г. ВЗАИМОСВЯЗЬ МИКРОСТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ И СПЕКТРОВ ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ В ПЛЕНКАХ НА ОСНОВЕ A-SI:H // Современные наукоемкие технологии. – 2006. – № 1. – С. 60-60;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22333 (дата обращения: 17.08.2024).