Фотоэлектрические свойства тонких пленок сульфида свинца
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
таллических пленках PbS можно легко уменьшить посредством относительно непродолжительного их прогрева в вакууме при температурах, незначительно отличающихся от комнатных. Уменьшение концентрации акцепторов в окисных фазах должно приводить к уменьшению их энергии ионизации относительно потолка валентной зоны на поверхности кристаллитов, что и наблюдалось экспериментально в [10]. Кислород, входящий в состав окисных фаз на поверхности кристаллитов принято называть "сильносвязанным" (Т-кислород). Кроме того, в пленках PbS содержится слабосвязанный "избыточный" кислород (W-кислород), существующий в виде примесных атомов в межкристаллитных прослойках, либо адсорбированный на поверхности кристаллитов. Концентрацию W-кислорода в пленках можно легко изменять путем их низкотемпературного отжига (tom -100 С) в вакууме или не содержащей кислород атмосфере. Принято считать, что акцепторные состояния на поверхности кристаллитов обусловлены именно W-кислородом.
На основе вышеизложенной модели в работах [6-10], была развита теория, которая позволила количественно объяснить многие противоречивые, на первый взгляд, экспериментальные результаты, полученные разными авторами, по исследованию температурных зависимостей темновой проводимости и фотопроводимости, холловской концентрации дырок ph и т. д.
1.3 Модель Мотта
Невилл Френсис Мотт построил теорию, объясняющую совокупность экспериментальных фактов, полученных разными исследователями, используя представления о специфическом распределении локализованных электронных состояний в материале. Если волновая функция, соответствующая данному собственному состоянию, нормируема в бесконечном объеме, то такое состояние называют локализованным [11]. Чтобы выяснить, является ли некоторое электронное состояние локализованным или нелокализованным, часто используют данные измерений кинетических свойств. Например, если дрейфовая подвижность оказывается высокой ( >>1 см2 /Вс) и убывает с ростом температуры, то такие результаты обычно интерпретируют в рамках модели рассеяния, согласно которой в нулевом приближении состояния считаются делокализованными. Напротив, если дрейфовая подвижность мала
( << 1 см2 / Вс) и возрастает с повышением температуры, то перенос заряда обычно интерпретируют с помощью модели прыжкового переноса, согласно которой в нулевом приближении состояния локализованы.
Мотт и Дэвис в [11] предложили модель, в которой зонная схема материала (например, неупорядоченные системы, аморфные материалы, поликристаллические пленки) с развитой системой локализованных состояний имеет вид, изображенный на рис. 1.3
Предполагается, что вблизи середины запрещенной зоны существует довольно узкая (0,1 эВ) зона локализованных состояний, плотность состояний в которой настолько велика, что уровень Ферми (УФ) оказывается привязанным к этой зоне в достаточно широком температурном интервале. Происхождение этой зоны неизвестно, но можно представить себе, что эти состояния возникают благодаря различным дефектам вещества, таким как, например, оборванные связи, внедрения и т. д., число которых зависит от способа изготовления образца и последующей термической обработки.
Рис. 1.3. Зависимость плотности состояний от энергии в аморфных полупроводниках. Локализованные состояния заштрихованы.
Доказательства существования довольно высокой плотности состояний вблизи УФ следует из целого ряда экспериментов по исследованию темновой проводимости на переменном сигнале, проводимости на постоянном токе при низких температурах, термически стимулированной проводимости (ТСП). Эта модель и была развита в работе [12] для объяснения фотоэлектрических свойств поликристаллических слоев сульфида свинца, полученных методом химического осаждения из раствора. Авторы предположили, что в случае высокой концентрации дефектов в материале форма края зоны проводимости модулируется электростатическими полями самих дефектов, образуя неоднородный потенциальный рельеф дна этой зоны. Процессы токопереноса в этом случае определяются распределением и масштабом неоднородностей потенциального рельефа дна зоны проводимости. Ими был определен масштаб неоднородности потенциального рельефа в пленках PbS. Кроме того, авторы обнаружили связь и вывели аналитические соотношения между темновой проводимостью и фоточувствительностью и объяснили их, к сожалению, только на качественном уровне.
Необходимо отметить, что в работе [12] механизм токопереноса объясняет лишь основные его закономерности в PbS и не исчерпывает всего многообразия наблюдаемых особенностей для этого поликристаллического полупроводника. Вместе с тем, целый ряд вопросов, имеющих подчас принципиальное значение для технологии производства тонких пленок PbS, еще остается открытым. Так, например, технология производства тонких фоточувствительных пленок PbS, осажденных на кремниевые подложки, предусматривает создание промежуточных, т.е. расположенных между активным слоем и подложкой слоев сульфида свинца с нулевым или крайне малым содержанием окислителя. Анализ литературных источников показывает, что особенности токопереноса через слои с малой концентрацией окислителя до сих пор не выявлены, хотя практическая важность рассмотрения данного вопроса очевидна.
С другой стороны, окончательно не выяснены детали механизма токопереноса в слоях, особенно в низкотемпературной области. Наконец, необходимо отметить, что теор