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非晶態(tài)半導體,非晶態(tài)半導體的分類,非晶態(tài)半導體參數指標等
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非晶態(tài)半導體,非晶態(tài)半導體的分類,非晶態(tài)半導體參數指標等  2011/10/3

目錄

  • 非晶態(tài)半導體的電子結構
  • 非晶態(tài)半導體種類
  • 非晶態(tài)半導體的應用
  • 非晶態(tài)半導體的發(fā)展歷史
非晶態(tài)半導體

非晶態(tài)半導體的電子結構

  •   非晶態(tài)與晶態(tài)半導體具有類似的基本能帶結構,也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決于原子附近的狀況,可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例,Ge、Si中四個價電子經sp雜化,近鄰原子的價電子之間形成共價鍵,其成鍵態(tài)對應于價帶;反鍵態(tài)對應于導帶。無論是Ge、Si的晶態(tài)還是非晶態(tài),基本結合方式是相同的,只是在非晶態(tài)中鍵角和鍵長有一定程度的畸變,因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而,非晶態(tài)半導體中的電子態(tài)與晶態(tài)比較也有著本質的區(qū)別。晶態(tài)半導體的結構是周期有序的,或者說具有平移對稱性,電子波函數是布洛赫函數,波矢k是與平移對稱性相聯系的量子數,非晶態(tài)半導體不存在有周期性,k 不再是好的量子數。晶態(tài)半導體中電子的運動是比較自由的,電子運動的平均自由程遠大于原子間距;非晶態(tài)半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小,當平均自由程接近原子間距的數量級時,在晶態(tài)半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態(tài)半導體能帶邊態(tài)密度的變化不像晶態(tài)那樣陡,而是拖有不同程度的帶尾。非晶態(tài)半導體能帶中的電子態(tài)分為兩類:一類稱為擴展態(tài),另一類為局域態(tài)。處在擴展態(tài)的每個電子,為整個固體所共有,可以在固體整個尺度內找到;它在外場中運動類似于晶體中的電子;處在局域態(tài)的每個電子基本局限在某一區(qū)域,它的狀態(tài)波函數只能在圍繞某一點的一個不大尺度內顯著不為零,它們需要靠聲子的協助,進行跳躍式導電。在一個能帶中,帶中心部分為擴展態(tài),帶尾部分為局域態(tài),它們之間有一分界處,如圖4中的Ec和E婞,這個分界處稱為遷移率邊。1960年莫脫首先提出了遷移率邊的概念。如果把遷移率看成是電子態(tài)能量E的函數,莫脫認為在分界處Ec和E婞存在有遷移率的突變。局域態(tài)中的電子是跳躍式導電的,依靠與點陣振動交換能量,從一個局域態(tài)跳到另一個局域態(tài),因而當溫度T趨向0K時,局域態(tài)電子遷移率趨于零。擴展態(tài)中電子導電類似于晶體中的電子,當T趨于0K時,遷移率趨向有限值。莫脫進一步認為遷移率邊對應于電子平均自由程接近于原子間距的情況,并定義這種情況下的電導率為最小金屬化電導率。然而,目前圍繞著遷移率邊和最小金屬化電導率仍有爭論。

非晶態(tài)半導體種類

  •   目前主要的非晶態(tài)半導體有兩大類。

     、佟×蛳挡A。含硫族元素的非晶態(tài)半導體。例如As-Se、As-S,通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。

     、凇∷拿骟w鍵非晶態(tài)半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等,此類材料的非晶態(tài)不能用熔體冷卻的辦法來獲得,只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發(fā)、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等),只要襯底溫度足夠低,淀積的薄膜就是非晶態(tài)結構。四面體鍵非晶態(tài)半導體材料的性質,與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。非晶硅的導電性質和光電導性質也與制備工藝密切相關。其實,硅烷輝光放電法制備的非晶硅中,含有大量H,有時又稱為非晶的硅氫合金;不同工藝條件,氫含量不同,直接影響到材料的性質。與此相反,硫系玻璃的性質與制備方法關系不大。

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