非晶硅

簡(jiǎn)介

非晶硅在太陽(yáng)輻射峰附近的光吸收系數(shù)比晶體硅大一個(gè)數(shù)量級(jí)。禁帶寬度1.7～1.8eV，而遷移率和少子壽命遠(yuǎn)比晶體硅低。現(xiàn)已工業(yè)應(yīng)用，主要用于提煉純硅，制造太陽(yáng)電池、薄膜晶體管、復(fù)印鼓、光電傳感器等。

分類

目前研究得最多，實(shí)用價(jià)值最大的非晶態(tài)半導(dǎo)體主要有兩類：即非晶態(tài)硅和硫?qū)侔雽?dǎo)體。特別是非晶態(tài)硅，在理論上和應(yīng)用方面的研究都非常活躍。

歷史

晶態(tài)硅自50年代以來(lái)，已研制成功名目繁多、功能各異的各種固態(tài)電子器件和靈巧的集成電路。非晶硅（a—Si∶H）是一種新興的半導(dǎo)體薄膜材料，它作為一種新能源材料和電子信息新材料，自70年代問(wèn)世以來(lái)，取得了迅猛發(fā)展。非晶硅太陽(yáng)能電池是目前非晶硅材料應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是太陽(yáng)能電池的理想材料，光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到13%，這種太陽(yáng)能電池將成為無(wú)污染的特殊能源。1988年全世界各類太陽(yáng)能電池的總產(chǎn)量35.2兆瓦，其中非晶硅太陽(yáng)能電池為13.9兆瓦，居首位，占總產(chǎn)量的40%左右。與晶態(tài)硅太陽(yáng)能電池相比，它具有制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，原材料消耗少，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)。

用途

非晶硅的用途很多，可以制成非晶硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管；用于液晶顯示器件、集成式a—Si倒相器、集成式圖象傳感器、以及雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等器件中作為非線性器件；利用非晶硅膜可以制成各種光敏、位敏、力敏、熱敏等傳感器；利用非晶硅膜制做靜電復(fù)印感光膜，不僅復(fù)印速率會(huì)大大提高，而且圖象清晰，使用壽命長(zhǎng)；等等。目前非晶硅的應(yīng)用正在日新月異地發(fā)展著，可以相信，在不久的將來(lái)，還會(huì)有更多的新器件產(chǎn)生。

制作

非晶硅的制備：由非晶態(tài)合金的制備知道，要獲得非晶態(tài)，需要有高的冷卻速率，而對(duì)冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速淬火的方法目前還無(wú)法得到非晶態(tài)。近年來(lái)，發(fā)展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術(shù)，其中包括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學(xué)氣相淀積等方法。一般所用的主要原料是單硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，純度要求很高。非晶硅膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備工藝的關(guān)系非常密切，目前認(rèn)為以輝光放電法制備的非晶硅膜質(zhì)量最好，設(shè)備也并不復(fù)雜。以下簡(jiǎn)介輝光放電法。

輝光放電法是利用反應(yīng)氣體在等離子體中發(fā)生分解而在襯底上淀積成薄膜，實(shí)際上是在等離子體幫助下進(jìn)行的化學(xué)氣相淀積。等離子體是由高頻電源在真空系統(tǒng)中產(chǎn)生的。根據(jù)在真空室內(nèi)施加電場(chǎng)的方式，可將輝光放電法分為直流電、高頻法、微波法及附加磁場(chǎng)的輝光放電。在輝光放電裝置中，非晶硅膜的生長(zhǎng)過(guò)程就是硅烷在等離子體中分解并在襯底上淀積的過(guò)程。對(duì)這一過(guò)程的細(xì)節(jié)目前了解得還很不充分，但這一過(guò)程對(duì)于膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大影響。

硫?qū)侔雽?dǎo)體是S、Se或Te的金屬化合物，或這幾種化合物的混合物。這類材料在性質(zhì)上屬于半導(dǎo)體材料，但又象玻璃一樣是非晶態(tài)。為與一般氧化物玻璃和結(jié)晶半導(dǎo)體相區(qū)別，故把它們稱為玻璃半導(dǎo)體。又因?yàn)樗鼈兊闹饕煞菔侵芷诒碇械牧驅(qū)僭兀视址Q為硫?qū)侔雽?dǎo)體，或叫硫?qū)俨ＡАＡ驅(qū)侔雽?dǎo)體的品種很多，迄今研究得比較充分的硫?qū)侔雽?dǎo)體有As2S3、As2Se3、As2Te3及As2Se3—As2Te3、As2Se3—As2Te3—Te2Se等。硫?qū)侔雽?dǎo)體的應(yīng)用主要是基于它在光、熱、電場(chǎng)等外界條件作用下引起的性能和結(jié)構(gòu)變化?？捎糜谥谱魈?yáng)能電池、全息記錄材料、光—電記錄材料、復(fù)印機(jī)感光膜、硫?qū)俨ＡЧ饪棠z等。