ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПЛЕНКИ АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ

Научный интерес к нанокристаллическому состоянию твердого тела свя­зан, прежде всего, с ожиданием размерных эффектов в свойствах наночастиц и нанокристаллов, размеры которых соизмеримы или меньше, чем характер­ный корреляционный масштаб того или иного физического явления [69]. Практический интерес к наноразмерным объектам обусловлен возможностью значительной модификации и даже принципиального изменения свойств из­вестных материалов при переходе в нанокристаллическое состояние, которое открывает нанотехнология. Примером такого подхода являются пленки поли­морфного гидрогенизированного кремния, полученные в плазме тлеющего разряда в условиях близких к полимеризации продуктов разложения силана, или пленки аморфного гидрогенизированного кремния a-Si:H. Они форми­руются методом циклического плазмохимического осаждения и отжига в во­дородной плазме нанослоев аморфного гидрогенизированного кремния и со­держат включения нанокристаллического кремния. Оба метода решают зада­чу улучшения фотостабильности приборных структур на основе аморфного гидрогенизированного кремния и при этом позволяют получать материалы с улучшенными фотоэлектрическими характеристиками [70]-[72].

Наиболее серьезной проблемой, сдерживающей широкое применение фотопреобразователей на основе пленок a-Si:H, является наблюдаемый в этих материалах эффект фотоиндуцированной деградации, называемый также эффектом Стеблера-Вронского, который заключается в уменьшении фотопроводимости со временем освещения [5]. Пленки a-Si:H, содержащие нанокристаллические включения кремния nc-Si со средним размером кри­сталлитов 10 нм, обладают большей стабильностью по сравнению с плен­ками однородного a-Si:H [70]. Также отмечается, что для обеспечения вы­сокой фоточувствительности транспорт носителей в пленках должен осу­ществляться по прослойкам a-Si:H, а это накладывает ограничение на объ­емную долю нанокристаллитов кремния. В работах французских исследо­вателей были получены пленки гидрогенизированного кремния, обладаю­щие повышенной фотопроводимостью и пониженной плотностью состоя­ний в щели подвижности [72]. Структурные исследования этих пленок с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разреше­ния показали, что они содержат малую объемную долю (менее 10 %) на­нокристаллических включений кремния, причем средний размер включе-
ний составляет 3-5 нм (рис. 6.1). Выяснилось, что пленки содержат нанок­ристаллиты как кубического, так и гексагонального кремния, в связи с этим

материал был назван полиморфным кремнием pm-Si. Характеристики пленок pm-Si сущест­венно превосходят параметры стандартных пленок a-Si:H, например, произведение цт в пленках pm-Si выше более чем на два поряд­ка, а плотность состояний в щели подвижно­сти на порядок ниже.

Таким образом, было показано, что плен­ки аморфного гидрогенизированного крем­ния, содержащие включения нанокристалли­тов кремния, размером единицы нанометров и объемной долей единицы процентов, могут обладать повышенной фоточувствительностью и стабильностью по сравне­нию с однородными пленками a-Si:H.