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本文对快速热化学气相沉积法(RTCVD)制备在石英衬底、单晶硅片和多晶硅带上的多晶硅薄膜的电学性质进行了研究。在实验方面,我们用激活能测量、室温及变温Hall效应测量和电子束诱导电流(EBIC)测量等技术研究了多晶硅薄膜的电学性质。结果表明,所制备的多晶硅薄膜的电学性质可以由Seto的单能级晶界陷阱理论给出很好的半定量解释。
为了对实验结果给出定量的解释,本文首先对Seto提出的单能级晶界陷阱模型进行了详细的理论推导。考虑到当晶粒尺寸较大时确实存在晶粒部分耗尽但晶界陷阱态未被填满的情况,为此,本文对Seto提出的单能级晶界陷阱模型进行了修正,使之可以解释较大晶粒尺寸多晶硅薄膜的电学性质。同时,根据修正后的单能级晶界陷阱模型研究了不同晶粒尺寸、不同陷阱能级和不同陷阱态密度对多晶硅薄膜电学性质的影响。此外,本文还给出了陷阱态密度随能量呈一定分布条件下各物理量的计算公式。
根据实测的电导率随掺杂浓度变化的曲线,由改进的单能级晶界陷阱模型确定的晶界陷阱能级位于带隙中央下0.045eV的位置,陷阱态密度为1.9×10<12>cm<-2>。根据实测的电导率激活能随掺杂浓度变化的曲线,由分析方法确定了晶界陷阱态密度在带隙中的分布是由一个靠近带边的指数分布和一个峰值在带隙中央附近的高斯分布组成。