PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Nanostruktura amorficznych półprzewodników germanowęglowych

Autorzy
Identyfikatory
Warianty tytułu
EN
Nanostructure of amorphous carbon-germanium semiconductors
Języki publikacji
PL
Abstrakty
PL
W pracy omówiono zależność struktury elektronowej i właściwości elektrycznych amorficznych szkliw germanowęglowych wytwarzanych w plazmie niskotemperaturowej od ich budowy chemicznej i nadcząsteczkowej. Główną uwagę skupiono na cienkich warstwach produkowanych z tertametylogermanu w reaktorze trójelektrodowym. W zależności od energii jonów bombardujących powierzchnię rosnącej warstwy, materiały te mogą charakteryzować się jedną z dwóch struktur elektronowych: amorficznego półprzewodnika (a-S) albo amorficznego izolatora (a-I). Istniejące różnice w strukturze elektronowej próbowano powiązać ze zmianami w budowie chemicznej materiału. Wykonano w tym celu badania składu elementarnego, gęstości, absorpcji w podczerwieni i spektroskopii Ramana. Uzyskane wyniki pozwoliły stwierdzić, że przejście od warstw typu a-I do a-S polega na pojawieniu się specyficznej nanostruktury związanej z wyodrębnieniem się germanu w postaci ziaren osadzonych w matrycy węglowej. Jednocześnie wykazano, że skład elementarny, gęstość, stopień usieciowania, liczba i rodzaj grup funkcyjnych nie wykazują żadnych gwałtownych zmian w obszarze przejścia. Ustalono, na podstawie badań spektroskopii XPS oraz mikroskopii sił atomowych (SPM), że ziarna germanu w warstwach półprzewodnika nie są rozmieszczone równomiernie w matrycy węglowej ale tworzą strukturę wyższego rzędu skupiając się w domeny o średnicy około 60 nm. Średnie odległości pomiędzy ziarnami wewnątrz domen są przy tym mniejsze niż • pomiędzy ziarnami należącymi do różnych domen. W obrębie poszczególnych ziaren następuje delokalizacja stanów elektronowych tym samym tworząc z nich naturalne centra transportu ładunku. Tak zdefiniowana nanostruktura półprzewodzących szkliw germanowęglowych determinuje ich właściwości elektryczne. Badania przewodnictwa elektrycznego stało- i zmiennoprądowego przeprowadzone w szerokim zakresie temperatur i częstości pomiarowych pozwoliły ustalić, że transport nośników ładunku jest w tych materiałach procesem perkolacyjnym (perkolacja typu R) i polega na przeskokach nośników pomiędzy sąsiednimi ziarnami germanu. Wskazano, że zaproponowane w pracy nowatorskie podejście, tłumaczące właściwości amorficznych szkliw germanowęglowych istnieniem w nich specyficznej nanostruktury (uporządkowaniem średniego zasięgu) może mieć, w świetle ostatnich doniesień, znacznie ogólniejszy charakter stosując się do całej klasy amorficznych półprzewodników.
EN
The dependence of the electronic structure and electrical properties on molecular and supermolecular structures in the case of plasma deposited carbon-germanium glasses is reported. Particular attention is devoted to thin films produced from tetramethylgermane in the three-electrode reactor. Depending on the energy of ions bombarding the surface of the deposited film two distinct kinds of material can be fabricated, namely amorphous insulator (a-I) and amorphous semiconductor (a-S). An attempt is done to correlate the differences in the electronic structure with changes of the molecular structure. To this end, investigations of chemical composition, mass density, infrared absorption and Raman spectroscopy have been realized. The obtained results allow ones to state that the transition from a-I to a-S proceeds due to the appearance of specific nanonstructure consisting in the separation of germanium reach grains from carbon matrix. The transition effect is not accompanied with any rapid changes in atomic composition, mass density, cross-linking and density as well and kind of chemical groups. Based on XPS spectroscopy and scanning probe microscopy (SPM) it is proved that germanium grains are not randomly distributed in the carbon matrix but agglomerate forming domains of 60 nm in size. An average distance between grains inside domain is relatively shorter than that separating two domains. Within the subsequent grains, the electronic bands are delocalized forming effective transport states. Such defined nanostructure of amorphous carbon-germanium semiconductors determines their electrical properties. Investigations of d.c. and a.c. conductivity realized in the wide temperature and frequency range result in conclusion that charge transport is the percolation process (R type) and consists largely in carriers jumping between neighboring germanium grains. On the basis of the last revelations, the proposed new approach correlating electronic structure of plasma-deposited carbon-germanium glasses with their nanostructure (medium range order) seems to be more general one applying to the whole class of amorphous semiconductors.
Rocznik
Tom
Strony
3--56
Opis fizyczny
Bibliogr. 118 poz.
Twórcy
  • Katedra Termodynamiki Procesowej - Zakład Inżynierii Molekularnej, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechnika Łódzka
Bibliografia
  • [1] Tyczkowski J, Cienkie Warstwy Polimerów Plazmowych. WNT, Warszawa 1990.
  • [2] Tyczkowski J, Zeszyty Naukowe PŁ, 638 (Rozprawy Naukowe Z. 163)(1991).
  • [3] Mott NF i Davies EA, Electronic Processes in Non-Crystalline Materials. Clarendon, Oxford 1979.
  • [4] Ioffe AF i Regel AR, Prog. Semicond., 4(1960) 237.
  • [5] Anderson PW, Phys. Rev., 109(1958) 1492.
  • [6] Chittik RC, Alexander JH i Sterling HJ, J. Electrochem. Soc., 116(1969) 77.
  • [7] Spear WE i LeComber PG, Solid State. Comm., 17(1975) 1193.
  • [8] Morigaki K i Nitta S, Amorphous silicon w monografii Noncrystalline semiconductors, ed. M. Poliak, CRC Press Inc.: Boca Raton, Florida USA, 1987 Rozdz. 2.
  • [9] Tyczkowski J i Kryszewski M, J. Appl. Phys. D - Appl. Phys., 17(10) (1984) 2053.
  • [10] Tyczkowski J i Kazimierski P, Proc. 8th Inter. Symp. "Electrets", Ed. J. Lewiner, D. Morisseau i C. Alquie, (Cat. No.94CH3443-9) IEEE Service Center, Piscataway (New York) 1994, str. 130.
  • [11] Meyer W i Neldel H, Z. Techn. Phys., 12(1937) 588.
  • [12] Tyczkowski J i Kazi mierski P, Vacuum, 39(1989) 11.
  • [13] Tyczkowski J i Kryszewski M, J. Appl. Polym. Sci.: Appl. Polym. Symp., 38(1984) 149.
  • [14] Kazimierski P i Kryszewski M, J. Appl. Phys. D - Appl. Phys., 24(11) (1991) 2115.
  • [15] Kazimierski P i Tyczkowski J, J. Macromol Sci.-Physics, B27(2-3) (1988) 233.
  • [16] Kryszewski M, Tyczkowski J i Kazimierski P, Conf. Rec. o f the 1988 IEEE Inter.Symp. on Electrical Insulation (Cat. No.88CH2594-0-DEI). IEEE Service Center, Picataway (New York) 1988, str. 168.
  • [17] Kazimierski P, Kryszewski M i Tyczkowski J, 1989 Ann. Rep. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (Cat. No.89CH2773-0). IEEE Service Center, Picataway (New York) 1989, str. 290.
  • [18] Tyczkowski J i Kazimierski P, Proc. 4th Inter. Conf. on Conduction and Breakdown in Solid Dielectrics (Cat. No.92CH3034-6). IEEE Service Center, Picataway (New York) 1992, str. 77.
  • [19] Tyczkowski J i Kazimierski P, J. Appl. Phys. D - Appl. Phys., 27(1) (1994) 179.
  • [20] Tyczkowski J, Thin Solid Films, 168(2) (1989) 175.
  • [21] Tyczkowski J, Odrobina E, Gazicki M i Olcaytug F, J. Non-Cryst. Solids, 137-138(1991) 875.
  • [22] Robertson J, Advances in Physics, 35(4) (1986) 317.
  • [23] Kazimierski P, Tyczkowski J, Delamar M i Lehmberg H, J. Non-Cryst. Solids, 227-230(1998) 422.
  • [24] Kazimierski P i Lehmberg H, Proc. 6th Europ. Conf. on the Applications of Surface and Interface Analysis (ECASIA 1995), Wiley & Sons, New York 1996, str. 403.
  • [25] Kazimierski P i Lehmberg H, Int. J. Electronics., 81(4) (1996) str. 467.
  • [26] Kazimierski P i Lehmberg H, Surf. Coat. Technol., 98(1-3) (1998) 939
  • [27] Kazimierski P i Tyczkowski J, Proc. 10th Inter. Symp. on Electrets (ISE 10). (Cat. No. 99 CH36256). IEEE Service Center, Piscataway (New York) 1999, str. 79.
  • [28] Kazimierski P, i inni, Chem. Mater., (w druku).
  • [29] Kazimierski P, J. Non-Cryst. Solids, (w druku).
  • [30] Tyczkowski J, Kazimierski P, Fallmann W i Olcaytug F, Three-Electrode Reactor for Plasma Deposition of Thin Multilayer (Dielectric - Semiconductor) Systems,. 1992, P-296609PL: Poland.
  • [31] Anderson DA i Spear WE, Phil. Mag., 35(1977) 1.
  • [32] Inagaki N i Mitsuuchi M, J. Polym. Sci.: Polym. Chem. Ed., 21(1993) 2887.
  • [33] Inagaki N i Mitsuuchi M, J. Polym. Sci.: Polym. Lett. Ed., 22(1984) 301.
  • [34] Sadhir RK, James WJ i Auerbach RA, J. Appl. Polym. Sci., Appl. Polym. Symp., 38(1984) 99.
  • [35] Gazicki M, i inni, J. Appl. Polym. Sci.: Appl. Polym. Symp., 46(1990) 137.
  • [36] Gazicki M, i inni, Thin Solid Films, 187(1990) 51.
  • [37] Tyczkowski J, J. Vac. Sci. Technol., 17(2) (1999) 470.
  • [38] Tyczkowski J, Szymanowski H i Mazurczyk R, Surf. Coat. Technol., 98(1-3) (1998) 1365.
  • [39] Tyczkowski J i Szymanowski H, Material. Sci., 2(7) (1998) 3.
  • [40] Catherine Y i Couderc P, Thin Solid Films, 144(1986) 265.
  • [41] Ohte T i Sugawara M, Mat. Sci. Eng. A, 139(1991) 24.
  • [42] Tyczkowski J, Kazimierski P i Odrobina E, Surf. Coat. Technol., 60(1-3) (1993) 609.
  • [43] Tyczkowski J, Pietrzyk B i Szymanowski H, J. Chem. Vap. Dep., 4(4) (1996) 261.
  • [44] Tyczkowski J, Pietrzyk B, Hatanaka Y i Nakanishi Y, Appl. Surf. Sci., 113-114(1997) 534.
  • [45] Tyczkowski J, Pol. J. Appl. Chem., 42(2) (1998) 135. '
  • [46] Tyczkowski J, Kazimierski P i Szymanowski H, Thin Solid Films, 241(1-2) (1993)291.
  • [47] Tyczkowski J i Nakanischi Y, (dane niepublikowane).
  • [48] Tyczkowski J, i inni, Appl. Phys. Lett., 71(20) (1997) 2943.
  • [49] Alben R, Weaire D, Smith JEJ i Brodsky MH, Phys. Rev. В (Solid State), 11(6) (1975) 2271.
  • [50] Shi JR, i inni, Diamond & Rel. Mater., 10(2001) 76.
  • [51 ] Gilkes KWR, i inni, J. Non-Cryst. Solids, 227- 230(1998) 612.
  • [52] Tsu R, Gonzalez-Hernandez J i Pollack FH, Solid State Comm., 54(5) (1985) 447.
  • [53] Vilcarromero J, Marques FC i Andreu J, J. Non-Cryst. Solids, 227-230(A) (1998) 427.
  • [54] Fortner RQY i Lannin JS, Phys. Rev. В - Cond. Matt., 42(12) (1990) 7610.
  • [55] Lannin JS, J. Non-Cryst. Solids, 141(1-3) (1992) 233.
  • [56] Lannin JS, Maley N i Kshirsagar ST, Solid State Comm., 53(11) (1985) 939.
  • [57] Schwan J, i inni, J. Appl. Phys., 80(1) (1996) 440.
  • [58] Yang B-K, Krishnamurthy M i Weber WH, J. Appl. Phys., 82(7) (1997) 3287.
  • [59] Long NJ i Trodahl HJ, J. Appl. Phys., 67(4) (1990) 1753.
  • [60] Chen CL i Lue JT, J. Non-Cryst. Solids, 194(1996) 93.
  • [61] Evangelisti F, Garozzo M i Conte G, J. Appl. Phys., 53(11) (1982) 7390.
  • [62] Kobayashi T, i inni, Appl. Phys. Lett., 71(9) (1997) 1195.
  • [63] Choi WK, i inni, J. Appl. Phys., 86(3) (1999) 1398.
  • [64] Cross RJ i Glockling F, J. Organometall. Chem., 3(1965) 146.
  • [65] Kazimierski P, (dane niepublikowane).
  • [66] Shinar J, Wu HS, Shinar R i Shanks HR, J. Appl. Phys., 62(3) (1987) 808.
  • [67] McKenzie DR, J. Phys. D„ 18(1985) 1935.
  • [68] Cardona M, Phys. Stat. Sol. (B), 118(1983) 463.
  • [69] Bottger H i Bryksin VV, Hopping conduction in solids. Akademie-Verlag, Berlin 1985.
  • [70] Helmbold A, i inni, Phil. Mag. В, 75(3) (1995) 335.
  • [71] van der Putten D, i inni, Phys. Rev. Lett., 69(3) (1992) 494.
  • [72] Mehbod M, i inni, Phys. Rev. В, 36(14) (1987) 7627.
  • [73] Efros AL i Shklovskii BI, J. Phys., C8(1975) 49.
  • [74] Overhof H, J. Non-Cryst. Solids, 227-230(1998) 15.
  • [75] Chauvet O, Stoto T i Zuppiroli L, Phys. Rev. B, 46(13) (1992) 8139.
  • [76] Moustafa SH, Koos M i Pocsik I, J. Non-Cryst. Solids, 227-230(1998) 1087.
  • [77] Clark AH, Phys. Rev., 154(1967) 750.
  • [78] Carlson DE i Wroński CR, Amorphous Solids and Liquid State, w , ed. M.H. Brodsky, Springer: New York, 1979 Rozdz. 10.
  • [79] Brom HB, i inni, Syth. Met., 84(1997) 929.
  • [80] Boersma A, A Dielectric Study on the Microstructure in Polymers and Blends, .1998, Thesis TU Delft.
  • [81] Zallen R, Fizyka ciał amorficznych. PWN, Warszawa 1994.
  • [82] Garland J, Trans. Metali. Soc. AIME, 236(1966) 642.
  • [83] Garland JC i Tanner DB, Electrical Transport and Optical Properties of Inhomogeneous Media w Proc. 1st Conf. on the Electrical Transport and Optical Properties of Inhomogenous Media, AIP New York: Ohio State Univ., 1978
  • [84] Swapan J i Bhattacharya K, Polymer, 20(1979) 116.
  • [85] Malliaris A i Turner DT, J. Appl. Phys., 42(2) (1971) 614.
  • [86] Adriaanse LJ, i inni, Syth. Met., 84(1997) 871.
  • [87] Heaney MB, Physica, А24Щ997) 296.
  • [88] Ramos RJ, Bianchi RF i Faria RM, Proc. 10th Inter. Symp. on Electrets (ISE 10).(Cat. No.99 CH36256) IEEE Service Center, Piscataway (New York) 1999, str. 525.
  • [89] Song Y, Tae Von Noh, Sung-Ik Lee i Gaines JR, Phys. Rev. B, 33(2) (1986) 904.
  • [90] Hindermann-Bischoff M i Ehrburger-Dolle F, Carbon, 39(2001) 375.
  • [91] Ezquerra TA, i inni, Composit. Sci. Technol., 61(2001) 903.
  • [92] Martens HCF, i inni, Syth. Met., 102(1999) 1236.
  • [93] Mandai P, Neumann A, Jansen AGM i Wyder P, Phys, Rev. B, 55(1) (1997) 452.
  • [94] Likalter AA, Physica, A291(2001) 144.
  • [95] Carl A, Dumpich G i Wassermann EF, Thin Solid Films, 193-194(1990) 1065.
  • [96] Drusedau TP, Panckow AN i Klabunde F, J. Non-Cryst. Solids, 198-200(1996) 829.
  • [97] Fournier J, Boiteux G i Gerard S, Phys. Rev. В, 56(9) (1997) 5207.
  • [98] Lafosse X, Syth. Met., 68(1995) 227.
  • [99] Kirkpatrick S, Rev. Modern Phys., 45(4) (1973) 574.
  • [100] Robertson J i O’Reilly EP, Phys. Rev. B, 35(6) (1987) 2946.
  • [101] Robertson J, Phil. Mag. B, 66(2) (1992) 199.
  • [102] Ping Sheng i Klafter J, Phys. Rev. B, 27(4) (1983) 2583.
  • [103] Tyczkowski J i Pietrzyk B, Chem. Mater., 10(1998) 3879.
  • [104] Tyczkowski J, Pietrzyk В, Kazimierski P i Gubiec К, Surf. Coat. TechnoL, 142-144(2001) 843.
  • [105] Shimada T, Solid State Physics, 27(11) (1992) 785.
  • [106] Popescu MA, J. Non-Cryst. Solids, 192-193(1995) 140.
  • [107] Menelle A, J. Non-Cryst. Solids, 97-98(1987) 337.
  • [108] Bellissent R, Chenevas-Paule A i Roth M, J. Non-Cryst. Solids, 59-60(1983) 229.
  • [109] Tsu R, J. Non-Cryst. Solids, 98-98(1987) 163.
  • [110] Zachariasen WH, J. Am. Chem. Soc., 51(1932) 3841.
  • [111] Fedders PA, Drabold DA i Nakhamanson S, Phys. Rev. В, 58(1998) 15624.
  • [112] Treacy M, Gibson J i Keblinski P, J. Non-Cryst. Solids, 231(1-2) (1998) 99.
  • [113] Voyles P, i inni, J. Appl. Phys., 90(9) (2001) 4437.
  • [114] Voyles P, i inni, J. Non-Cryst. Solids, 293-295(2001) 45.
  • [115] Kazimierski P i Tyczkowski J, Materials Science, 7(1) (2001) 3.
  • [116] Kazimierski P i Tyczkowski J, Elektronika, XLII(8-9) (2001) 11.
  • [117] Kazimierski P i Tyczkowski J, Surf. Coat. TechnoL, 116-119(1999) 614.
  • [118] Tyczkowski J, Kazimierski P i Grebkowski J, Surf. Coat. Technol., 142-148(2001)792.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-LOD6-0020-0016
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.