非晶�(tài)半導(dǎo)�是具有半�(dǎo)體性質(zhì)的非晶態(tài)材料�。非晶態(tài)半導(dǎo)體是半導(dǎo)體的一�(gè)重要部分。非晶態(tài)半導(dǎo)體種類很�,目前研究最多而且最有實(shí)用價(jià)值的非晶�(tài)半導(dǎo)體材�有兩大類:一類是�?qū)俨A?另一類是由四面體鍵合的非晶態(tài)半導(dǎo)體材料�
非晶�(tài)與晶�(tài)半導(dǎo)體具有類似的基本能帶�(jié)�(gòu),也有導(dǎo)�、價(jià)帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶�(jié)�(gòu)主要取決于原子附近的狀況,可以用化�(xué)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�(gè)�(jià)電子�(jīng)sp雜化,近鄰原子的價(jià)電子之間形成共價(jià)�,其成鍵�(tài)對應(yīng)于價(jià)帶;反鍵�(tài)對應(yīng)于導(dǎo)�。無論是Ge、Si的晶�(tài)還是非晶�(tài),基本結(jié)合方式是相同�,只是在非晶�(tài)中鍵角和鍵長有一定程度的畸變,因而它們的基本能帶�(jié)�(gòu)是相類似�。然�,非晶態(tài)半導(dǎo)體中的電子態(tài)與晶�(tài)比較也有著本�(zhì)的區(qū)�。晶�(tài)半導(dǎo)體的�(jié)�(gòu)是周期有序的,或者說具有平移對稱�,電子波函數(shù)是布洛赫函數(shù),波矢k是與平移對稱性相�(lián)系的量子�(shù),非晶態(tài)半導(dǎo)體不存在有周期�,k 不再是好的量子數(shù)。晶�(tài)半導(dǎo)體中電子的運(yùn)�(dòng)是比較自由的,電子運(yùn)�(dòng)的平均自由程�(yuǎn)大于原子間距;非晶態(tài)半導(dǎo)體中�(jié)�(gòu)缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小,�(dāng)平均自由程接近原子間距的�(shù)量級�(shí),在晶態(tài)半導(dǎo)體中建立起來的電子漂移運(yùn)�(dòng)的概念就變得沒有意義�。非晶態(tài)半導(dǎo)體能帶邊�(tài)密度的變化不像晶�(tài)那樣�,而是拖有不同程度的帶尾。非晶態(tài)半導(dǎo)體能帶中的電子態(tài)分為兩類:一類稱為擴(kuò)展態(tài),另一類為局域態(tài)。處在擴(kuò)展態(tài)的每�(gè)電子,為整�(gè)固體所共有,可以在固體整�(gè)尺度�(nèi)找到;它在外場中�(yùn)�(dòng)類似于晶體中的電�;處在局域態(tài)的每�(gè)電子基本局限在某一區(qū)�,它的狀�(tài)波函�(shù)只能在圍繞某一�(diǎn)的一�(gè)不大尺度�(nèi)顯著不為�,它們需要靠聲子的協(xié)助,�(jìn)行跳躍式�(dǎo)�。在一�(gè)能帶中,帶中心部分為�(kuò)展態(tài),帶尾部分為局域態(tài),它們之間有一分界�,如圖4中的Ec和E婞,這�(gè)分界處稱為遷移率��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�(tài)能量E的函�(shù),莫脫�(rèn)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�(dǎo)電的,依靠與�(diǎn)陣振�(dòng)交換能量,從一�(gè)局域態(tài)跳到另一�(gè)局域態(tài),因而當(dāng)溫度T趨向0K�(shí),局域態(tài)電子遷移率趨于零。擴(kuò)展態(tài)中電子導(dǎo)電類似于晶體中的電子,當(dāng)T趨于0K�(shí),遷移率趨向有限�。莫脫�(jìn)一步認(rèn)為遷移率邊對�(yīng)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(dǎo)率為最小金屬化電導(dǎo)�。然而,目前圍繞著遷移率邊和最小金屬化電導(dǎo)率仍有爭��
目前主要的非晶態(tài)半導(dǎo)體有兩大類�
?、佟×蛳挡�?。含硫族元素的非晶態(tài)半導(dǎo)體。例如As-Se、As-S,通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉��
?、凇∷拿骟w鍵非晶態(tài)半導(dǎo)體。如非晶Si、Ge、GaAs�,此類材料的非晶態(tài)不能用熔體冷卻的辦法來獲�,只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發(fā)、濺�、輝光放電或化學(xué)汽相淀積等�,只要襯底溫度足夠低,淀積的薄膜就是非晶�(tài)�(jié)�(gòu)。四面體鍵非晶態(tài)半導(dǎo)體材料的性質(zhì),與制備的工藝方法和工藝條件密切相關(guān)。非晶硅的導(dǎo)電性質(zhì)和光電導(dǎo)性質(zhì)也與制備工藝密切相關(guān)。其�(shí),硅烷輝光放電法制備的非晶硅中,含有大量H,有時(shí)又稱為非晶的硅氫合金;不同工藝條件,氫含量不�,直接影響到材料的性質(zhì)。與此相�,硫系玻璃的性質(zhì)與制備方法關(guān)系不��
非晶�(tài)半導(dǎo)體在技�(shù)�(lǐng)域中的應(yīng)用存在著很大的潛�,非晶硫早已廣泛�(yīng)用在�(fù)印技�(shù)中,由S.R.奧夫辛斯基首�(chuàng)� As-Te-Ge-Si系玻璃半�(dǎo)體制作的電可改寫主讀存儲器已有商品生�(chǎn),利用光脈沖使碲微晶薄膜玻璃化這種性質(zhì)制作的光存儲器正在研制之�。對于非晶硅的應(yīng)用目前研究最多的是太陽能電池。非晶硅比晶體硅制備工藝簡單,易于做成大面積,非晶硅對于太陽光的吸收效率�,器件只需大約1微米厚的薄膜材料,因�,可望做成一種廉�(jià)的太陽能電池,現(xiàn)已受到能源專家的重視。最近已有人試驗(yàn)把非晶硅場效�(yīng)晶體管用于液晶顯示和集成電路�
50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研�,當(dāng)�(shí)很少有人注意,直�1968年S.R.奧弗申斯基關(guān)于用硫系薄膜制作開關(guān)器件的專利發(fā)表以�,才引起人們對非晶�(tài)半導(dǎo)體的興趣�1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實(shí)�(xiàn)了摻雜效�(yīng),使控制電�(dǎo)和制造PN�(jié)成為可能,從而為非晶硅材料的�(yīng)用開辟了廣闊的前�。在理論方面,P.W.安德森和N.F.莫脫建立了非晶態(tài)半導(dǎo)體的電子理論,并因而榮�1977年的諾貝爾物理學(xué)�(jiǎng)。目前無論在理論方面,還是在�(yīng)用方�,非晶態(tài)半導(dǎo)體的研究正在很快地發(fā)展著�
維庫電子�,電子知識,一查百��
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