周波数分解タイムオブフライト法によるアモルファスSiダイオードの担体輸送特性評価

采用频率分辨飞行时间法评估非晶硅二极管的载流子传输特性

• 批准号: 06750322
• 负责人: 服部 公則
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750322/
• 关键词: アモルファスシリコン; 担体輸送; 光電流; 局在準位

水素化アモルファスSi薄膜半導体の研究のなかで、極めて重要な課題の一つに、バンドギャップ中にエネルギー的に広く分布する局在準位の物性解明がある。局在準位の存在は、太陽電池の光電変換効率を低下させる、または薄膜トランジスタの動作しきい値電圧を増加させるなど、アモルファスSi材料の各種デバイス応用を考えるとき、避けては通れない問題である。局在準位の物性-例えば、準位密度、エネルギー分布、荷電状態、キャリア捕獲(再結合)効率など-の詳細について、これまで様々な実験的あるいは理論的アプローチが繰り返されてきた。にもかかわらず、現研究段階ではその全体像が明らかにされているとは言いがたい。デバイス開発支援という物性評価の側面から見たときには、特に、p-i-n型太陽電池の光電流活性層として用いられる真性アモルファスSi薄膜について、局在準位に関する定量診断技術の確立が急務とされている。が、実際には、局在準位物性が最もわかっていないのがこの材料である。本研究では局在準位および担体輸送特性を調べるための新しいツール;周波数分解タイムオブフライト法の開発と、これに加え補助的手法;変調光電流分光法、一定光電流分光法の適用によるアモルファスシリコン材料の系統的な物性評価を行なった。結果は以下のようにまとめられる。1)荷電欠陥の近傍に存在するテイル準位はクーロン力のため実効的に捕獲効率が増大し、担体輸送における主要なトラップ準位として働く。2)伝導帯側には浅いトラップ準位(〜0.3eV)が存在しており、深い欠陥準位と同様、長時間光照射により顕著な増加を示す。3)テイル分布または欠陥密度評価法のスタンダードとみなされている一定光電流分光法では、本質的な誤差が生じその程度は設定光電流値(擬フェルミ準位の位置)に依存する。

氢化非晶硅薄膜半导体研究中极其重要的问题之一是阐明带隙内能量广泛分布的局域能级的物理性质。当考虑非晶硅材料的各种器件应用时，例如降低太阳能电池的光电转换效率或提高薄膜晶体管的工作阈值电压，局域能级的存在是不可避免的问题。各种实验和理论方法已被反复使用来研究局域能级物理性质的细节，例如能级密度、能量分布、电荷状态和载流子捕获（复合）效率。尽管如此，在现阶段的研究中还很难说整个情况已经弄清楚。从支持器件开发的物理性能评估角度来看，迫切需要建立局部水平的定量诊断技术，特别是对于pin型太阳能电池中用作光电流活性层的本征非晶硅薄膜。然而，实际上，人们对这种材料的局部物理特性了解最少。在这项研究中，我们开发了一种用于研究局部能级和载流子传输特性的新工具；我们对硅材料的物理特性进行了系统评估。结果可总结如下。 1) 存在于带电缺陷附近的尾能级由于库仑力而有效地提高了俘获效率，并且充当载流子传输的主要俘获能级。 2）导带侧存在浅陷阱能级（~0.3eV），与深缺陷能级一样，随着长期光照射，它表现出显着的增加。 3）恒定光电流光谱被认为是评估尾部分布或缺陷密度的标准方法，其固有误差取决于设定的光电流值（准费米能级的位置）。