非晶 有机和微结构半导体材料解析ppt课件.ppt

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1、2013.11.23考试题1.制备置换和间隙固溶体的影响因素分别是什么，并举例说明？1第七章非晶、有机和微结构半导体材料2物理与电子学院7.1非晶半导体材料7.2有机半导体材料7.3微结构半导体材料37.1非晶半导体材料7.1.1非晶的概念(amorphous)7.1.2非晶半导体的基本性质7.1.3非晶硅的应用4材料的状态材料的主要状态晶体crystal准晶体Quasi-crystal非晶体amorphous液体气体固体低温制备高温制备57.1非晶的概念与晶态半导体材料相比，非晶态半导体材料的原子在空间排列上失去了长程有序性，但其组成原子也不是完全杂乱无章地分

2、布的。由于受到化学键，特别是共价键的束缚，在几个原子的微小范围内，可以看到与晶体非常相似的结构特征。所以，一般将非晶态材料的结构描述为：“长程无序，短程有序”。在上述定义下，玻璃态、无定形和非晶态这些概念含义相同。具有特定转变温度的非晶固体才称为玻璃态6材料各种状态的主要特征材料状态热力学稳定性原子排列短程有序长程有序平移对称性晶体稳定是是有准晶体亚稳定是－无非晶体非平衡是不是无液体稳定是不是无气体稳定不是不是无7用来描述非晶硅的结构模型很多，给出了其中的一种，即连续无规网络模型的示意图。可以看出，在任一原子周围，仍有四个原子与其键合，只是键角和键长发生了变化，

3、因此在较大范围内，非晶硅就不存在原子的周期性排列。8在非晶硅材料中，还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷，因而其有很高的缺陷态密度，它们提供了电子和空穴复合的场所，所以，一般说，非晶硅是不适于做电子器件的。9非晶态的形成107.1.2非晶半导体的基本性质（1）能带模型（2）直流电导率（3）光学性质11（1）能带模型Mott-CFO模型：短程有序－－基本能带长程无序－－定域态带尾悬挂键－－带隙中间形成隙态EcEv定域态带尾隙态12EcEv晶体半导体非晶半导体EcEv定域态带尾隙态非晶体能带特点1）存在定域态带尾2）存在隙态13晶体硅中的跃迁EVEv晶体半导体ND晶体硅

4、中施主杂质电离时直接向导带底释放一个电子参与导电14钉扎效应非晶硅中施主杂质电离时，电子首先释放给隙态中未满的空能级隙态能态密度越高，填充隙态所需施主杂质浓度越高虽然掺入了较高浓度的杂质，也不能有效的移动费米能级。对于这种费米能级难以移动的情况，称为高浓度隙态的钉扎效应ECEv非晶半导体EF所以，替位式掺杂对于存在钉扎效应的样品不起作用ExEy15如何提高电导率？替位式掺杂：不行提高电导率？高浓度隙态高浓度悬空键低浓度悬空键低浓度隙态产生掺杂效应替位式掺杂：可行？16氢补偿悬空键如何补偿悬挂键？引入重配位的原子：H或FECEvEF隙态密度降低隙态密度1020cm

5、3eVECEvEF成键态反键态隙态密度将为1016cm3eV补偿前能带结构示意图补偿后能带结构示意图17掺杂对电导能否有贡献隙态密度杂质原子所处配位态P掺入三配位的位置，将没有电子释放给带隙态Ex，不能改变电子填充的隙态的水平、升高费米能级。18（2）直流电导率非晶半导体中载流子输运是一种弥散输运－－长程无序弥散输运两种机制a多次陷落机制b跳跃机制19a多次陷落机制注入的载流子不仅有扩散运动还会陷落到带尾定域态中陷落后，只有被热激发才能再次参与输运因此，载流子在运动过程中往往要经历多次陷落和再激发，形成了弥散输运ECEvEF成键态反键态隙态密度将为1016cm3

6、eV20b跳跃机制定域态之间的隧穿跳跃也可能形成载流子输运定域态之间的空间距离也是随机分布的，形成了弥散输运ECEvEF21非晶半导体的总直流电导率扩展态中的电导带尾定域态中的电导带隙定域态中的近程跳跃电导带隙定域态中的变程跳跃电导总电导22（3）光学性质晶体半导体直接跃迁和间接跃迁满足能量守恒和动量守恒间接跃迁时需要声子的参与非晶半导体电子跨越禁带时的跃迁没有直接跃迁和间接跃迁的区别电子跃迁时不再遵守动量守恒的选择定则非晶结构上的无序使非晶半导体中的电子没有确定的波矢23a光吸收非晶半导体的光吸收谱一般具有明显的三段式特征：A区：近红外区的低能吸收，吸收系数a

7、随光子能量的变化趋于平缓B区：吸收系数a随着光子能量增加而指数性上升；对应于电子从价带边扩展态到导带尾定域态，以及电子从价带尾定域态到导带边扩展态的跃迁C区：本征吸收区；电子从价带到导带的跃迁；吸收系数a在104cm-1以上ABC非晶硅单晶硅C区，在可见光范围内，非晶硅的吸收系数大于单晶硅的吸收系数，显示了非晶硅在光电方面的应用前景光子能量吸收系数24光学带隙（opticalbandgap）对于非晶半导体材料来说，光学带隙：α＝B（hv－Eopt）2α＝B（hv－Eopt）2对于晶体半导体材料来说，光学带隙：α＝B（hv－Eopt）1/2直接跃迁Directio

8、ntransition间