Investigación

 

Impact of the base doping concentration on the transport mechanisms in n–type a–SiGe:H/p–type c–Silicon Heterojunctions

 

P. Rosales–Quintero, M. Moreno–Moreno, A. Torres–Jacome, F.J. De la Hidalga Wade, J. Molina–Reyes, W. Calleja–Arriaga, and C. Zuñiga–Islas

 

National Institute for Astrophysics, Optics and Electronics, Electronics Department P.O.B. 51 & 216, Z.P 72000, Puebla, México, Tel: (+52) 222–266–3100 ext 1411; Fax: (+52) 222–247–2742. e–mail: prosales@inaoep.mx

 

Recibido el 4 de junio de 2010
Aceptado el 9 de febrero de 2011

 

Abstract

The charge transport mechanisms occurring in n–type a–SiGe:H on p–type c–Si heteroj unctions were determined by analyzing the temperature dependence of the current–voltage characteristics in structures with four different peak base doping concentrations (N_B = 1 x 10¹⁵, 7 x 10¹⁶, 7 x l0¹⁷ and 5 x lO¹⁸ cm^–3). From the experimental results, we observed that at low forward bias (V< 0.45V) the current is determined by electron diffusion from the n–type amorphous film to the p–type c–Si for the heterojunction with N_B = 1 x 10¹⁵cm^–3, whereas the Multi–Tunneling Capture Emission (MTCE) was identified as the main transport mechanism for the other base doping concentrations. On the other hand, at high forward bias (V> 0.45V), the space charge limited current effect became the dominant transport mechanism for all the measured devices. Under reverse bias the transport mechanisms depends on the peak base doping, going from carrier generation inside the space charge region for the lowest doping, to hopping and thermionic field emission as the base doping concentration is increased.

Keywords: Amorphous semiconductors; heterojunction diodes; transport mechanisms; base doping concentration.

 

Resumen

Heterouniones de a–SiGe:H tipo–n sobre silicio cristalino tipo–p con cuatro diferentes concentraciones pico en la base (l x lO¹⁵, 7 x lO¹⁶, 7 x l0¹⁷ y 5 x lO¹⁸ cm^–3) fueron fabricadas y caracterizadas. Los mecanismos de transporte se determinaron por medio de sus curvas características de corriente vs voltaje en función de la temperatura. El análisis de los resultados muestra que a bajos voltajes de polarización directa (V< 0.45V) en la heterounión con la menor concentración pico la corriente es determinada por la difusión de electrones del a–SiGe:H tipo–n hacia el silicio cristalino tipo–p. Mientras que el multituneleo captura–emisión (MTCE) es el principal mecanismo de transporte en las otras heterouniones. A altos voltajes de polarizacion directa (V> 0.45V) el efecto de corriente limitada por carga espacial (SCLC) es el mecanismo de transporte dominante en todos los dispositivos caracterizados. El incremento en la concentración de dopantes en la base, además, causa un aumento en la corriente inversa.

Descriptores: Semiconductores amorfos; heterouniones; mecanismos de transporte; concentración de dopantes en la base.

 

PACS: 85.30.Kk; 73.40.Lq; 73.50.Gr

 

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