Etude des défauts photo-induits

dans le silicium amorphe hydrogéné

en fonction de la dilution a l'HELIUM

N. Souffi1*, M. Daouahi2, L. Chahed1, K. Zellama3

1 Laboratoire de Physique des Couches Minces et Matériaux pour l'Electronique,

Université d'Oran Es sénia, 31100 ORAN, Algérie

2 Faculté des Sciences de Bizerte, 7021 Zarzouna, BIZERTE, Tunisie

3 Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Faculté des Sciences,

33 rue Saint-Leu, 80039 AMIENS cedex, France

* Corresponding author. E-mail : n_souffi@yahoo.fr

Received : 03 May 2002; revised version accepted : 30 September 2002

Abstract

We present a comparative study of the effects of the light soaking on the optoelectronic properties of two different types of undoped hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) films. The samples were prepared by radio-frequency plasma enhanced chemical vapour deposition from pure silane at low rates (0.7-2 Å/s) , known as "standard" samples, and highly helium diluted silane at high rates (11-13 Å/s), at two substrate temperatures equal to 250 and 350 °C for each type of films. The results obtained in the as deposited state, show that the helium-diluted films grown at 250°C contain an important proportion of polyhdridre groups Si-H2 and (Si-H2)n, compared to the " standard " ones deposited at the same temperature and which exhibit only monohydride Si-H complexes. The increase in the substrate temperature to 350°C (i.e. He350) induces the elimination from the films of Si-H2 and (Si-H2)n groups and the decrease in the defect density (~1016 cm-3) and disorder parameter (also called Urbach tail) (52 meV). These values are comparable to those measured for the optimised standard films. Light soaking induces an increase of the density of deep defects state for all samples , without any changes either in the Urbach tail or in the related-hydrogen microstructure. The helium diluted films show, however, comparable stability to that observed for the optimised standard ones deposited at low rates. These results clearly indicate that the high He-dilution deposition method could be an alternative way to grow good quality a-Si:H films at high rates.

Keywords: Amorphous semiconductors; Silicon; Optical properties; Photo-induced defects.

Résumé

Nous présentons une étude comparative des effets d’une longue et intense exposition à la lumière sur les propriétés optoélectroniques de films de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Les échantillons utilisés ont été fabriqués soit à partir du silane pur (100 % SiH4) à faible vitesse de dépôt (0.7-1 Å/s), soit à forte dilution du silane dans de l'hélium (40% SiH4 et 60 % He) à grande vitesse (11-13 Å/s). Deux températures de substrat de 250 et 350°C ont été utilisées pour chaque type de dépôt. Les résultats obtenus à l'état brut de dépôt montrent que les couches déposées à 250°C avec une forte dilution He présentent une microstructure différente, notamment par la présence de groupements polyhydriques Si-H2 et de chaînes (Si-H2)n, de celles déposées sans dilution He à la même température dans les conditions optimales dites " standard ", dans lesquelles l'hydrogène est lié au silicium essentiellement sous forme de groupements monohydriques Si-H. L'augmentation de la température de dépôt à 350°C pour les couches diluées He, induit l'élimination des complexes Si-H2 et des chaînes (Si-H2)n et une diminution notable de la densité de défauts (~1016 cm-3) et du désordre (52 meV). Ces valeurs sont comparables à celles mesurées pour les échantillons déposés dans des conditions optimisées à 250°C.

L'exposition à la lumière entraîne une augmentation systématique de la densité de défauts de tous les échantillons. Toutefois, ceux déposés à grande vitesse et avec une forte dilution He à 350°C, présentent une stabilité, vis à vis de la lumière, comparable à celle observée pour les échantillons déposés à 250°C, à faible vitesse, dans des conditions optimales de plasma. Ces résultats montrent clairement que la forte dilution à l'hélium peut être une méthode alternative pour déposer à grande vitesse des couches de a-Si:H stables de bonne qualité électronique.

Mot clés : Semi-conducteur amorphe; Silicium; Propriétés optiques; Défauts photo-induits.

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