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Type: TESE
Title: Fotocondutividade dependente da temperatura em filmes finos de germânio amorfo hidrogenado dopados com gálio e arsênio
Author: Reis, Françoise Toledo
Advisor: Chambouleyron, Ivan Emilio, 1937-
Abstract: Resumo: Nesta tese apresentamos um estudo da dependência da fotocondutividade, I P C, com a temperatura, T, em filmes finos de a-Ge:H intrínsecos e dopados tipo p, com gálio e tipo n, com arsênio, crescidas por rf-sputtering no Laboratório de Pesquisas Fotovoltáicas do IFGW/Unicamp. Foram realizados quatro tipos de medidas nas amostras: (i) I P C em função da frequência de iluminação, para diferentes temperaturas, (ii) I P C em função da energia do fóton, para diferentes T, (iii) I P C em função de T, para energia de fóton fixa, e (iv) I P C em função da intensidade de iluminação, para diferentes T. A partir das medidas de fotocondutividade espectral observamos a diminuição da energia de Urbach, Eo, com a diminuição de T em uma amostra de a-Ge:H intrínseca, consistentemente com resultados de medidas de EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure), evidenciando a presença de duas contribuições para Eo, a primeira da desordem estática, ou topológica do material e a segunda da desordem térmica, que se acentua com o aumento de T. Em medidas de IPC em função de T, observamos a presença de 3 regiões distintas: (I) para T < 40K, em todas as séries de amostras analisadas IPC é muito pouco ativada com T, com energias de ativação menores do que 1.5 meV, o que é compatível com um mecanismo de transporte por hopping entre estados localizados das caudas de banda próximos em distância (NNH, nearest-neighbour hopping); (II) para 150K < T < 260K, todas as amostras analisadas apresentam um comportamento ativado de IPC com T, com energias de ativação entre 102 - 167 meV, compatíveis tanto com um mecanismo de transporte do tipo hopping entre estados localizados das caudas de banda menos profundos dentro do pseudo-gap do material, como com transporte por estados estendidos próximos das bordas das bandas; e (III) para T > 260K, observamos a presença de thermal quenching, TQ, da fotocondutividade na amostra intrínseca, em todas as amostras da série dopada com As e nas amostras mais levemente dopadas com Ga. Nas demais amostras da série de Ga, o TQ é bem menos evidente, com a presença de ombros, ou platôs, em lugar de uma queda da fotocondutividade com o aumento de T. Tanto a posição da temperatura de início de TQ, como sua intensidade variam com a dopagem. Em medidas de IPC em função do fluxo de fótons, para diferentes T, observamos um comportamento do tipo I P C a Fg. Em todas as amostras observamos a presença de um gmín correspondente a um Tmín, cujos valores variam com a dopagem. De modo geral, gmín e Tmín são máximos em amostras compensadas e decrescem à medida em que a energia de Fermi se desloca desde o meio do pseudo-gap em direção às bordas das bandas de valência (dopagem tipo p) e de condução (dopagem tipo n). Em nossa explicação fenomenológica, consideramos que gmín e Tmín são a consequência de uma competição entre uma mobilidade de deriva (drift) de portadores ativada termicamente, e as variações na densidade de centros de recombinação resultantes da dopagem e da mudança de temperatura

Abstract: In this thesis we present a study of the dependence of the photoconductivity, I P C, with temperature, T, in intrinsic and Ga- (p-type) and As- (n-type) doped a-Ge:H thin films, deposited by the rf-sputtering technique in the Photovoltaics Research Laboratory of the IFGW/Unicamp. Four types of measurements were realized on samples: (i) I P C as a function of the illumination frequency, for different temperatures, (ii) I P C as a function of the photon energy, for different T, (iii) I P C as a function of T, for fixed photon energy, and (iv) I P C as a funtion of the illumination intensity, for different T. From the spectral response of the intrinsic a-Ge:H sample, we observed a decrease of the Urbach energy, Eo, with the decrease of T, consistently with results on EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure) measurements, which emphasize the presence of two major contributions to Eo, one from the static, or topological disorder, and the other from the thermal disorder, which is enhanced with increasing T. From the measurements of IPC as a function of T, we noticed the presence of 3 distinct regions: (I) for T < 40K, in all the analyzed samples IPC is poorly activated with T, with activation energies less than 1.5 meV, which is compatible with a transport mechanism by hopping between nearest neighbours band tail localized states (NNH, nearest-neighbour hopping); (II) for 150K < T < 260K, all the samples present an activated behavior of IPC with T, with activation energies between 102 - 167 meV, consistently with either a transport mechanism by hopping between shallow band tail localized states, or a transport by extended states close to the band edges; and (III) for T > 260K, we observed the presence of thermal quenching, TQ, of the photoconductivity in the intrinsic sample, in all the As-doped a-Ge:H samples and in the most lightly Ga-doped a-Ge:H samples. In the remaining Ga-doped samples, TQ is less evident, instead we noticed the presence of a shoulder, or plateau. Both the TQ onset temperature and its intensity vary with doping. In measurements of I P C as a function of the photon flux, for different T, we observed an I P C a Fg behavior. In all samples a gmín corresponding to a Tmín was measured. Both gmín e Tmín values vary with doping. Generally, gmín e Tmín are maxima in compensated samples and decrease as the Fermi energy is shifted from midgap either to the valence (p-type doping) or conduction (n-type doping) band edges. In our phenomenological explanation, we consider gmín e Tmín as a consequence of the competition between the carriers thermally activated drift mobility, and the variations in the density of recombination centers, due to doping and temperature changes
Subject: Semicondutores amorfos
Fotocondutividade
Germânio - Propriedades elétricas
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2001
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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