シンクロトロン放射光によるアモルファス半導体の光構造変化の研究

同步辐射引起的非晶半导体光学结构变化研究

• 批准号: 06750337
• 负责人: 林 浩司
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 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-06750337/
• 关键词: アモルファス半導体; シンクロトロン放射光; 光黒化現象; 光構造変化; 内殻電子励起; 可逆光誘起現象; カルコゲナイドガラス; 水素化アモルファスシリコン

アモルファス半導体は光に非常に敏感な材料で、光機能性デバイス、中でも太陽電池の材料として期待されている。しかしながら、光によって構造が変化したり、準安定な欠陥を生成してしまうことが実用化の大きな壁となっている。これまでこの材料に関する研究では、バンドギャップ相当のエネルギー領域の光の照射による性質、すなわち、この領域の光は、最外殻の電子を励起するので、外殻電子の励起とそれに伴う構造変化の性質について議論されてきた。本研究では、原子同士の化学結合に直接関与しない内殻電子を励起できるエネルギーを持つシンクロトロン放射光を用いて、アモルファス半導体の光照射による構造等の変化について研究した。アモルファス半導体材料の中でも可視光領域で光構造変化が詳しく研究されているカルコゲナイド系アモルファス半導体について、シンクロトロン放射光による光構造変化について調べた。以下に結果をまとめる。1.シンクロトロン放射光においても、可視光同様な光学バンドギャップのレッドシフト(光黒化現象)が観測された。2.光黒化現象は、ガラス転移温度より低い温度のアニールにより元の状態に戻る(可逆性がある)。3.シンクロトロン放射光による構造変化は、可視光より2桁も少ないフォトン数で進行する。4.光構造変化は、内殻準位に相当した光で速く進行する。これらの結果は、光構造変化に関する新たに得られた性質であるが、可視領域の光構造変化の性質と、今後、シンクロトロン放射光による光劣化等の研究を合わせて考えることにより、そのメカニズムを明らかにしていきたいと考えている。

非晶半导体是对光极其敏感的材料，有望用作光功能器件，特别是太阳能电池的材料。然而，光引起的结构变化和亚稳态缺陷的产生是实际应用的主要障碍。到目前为止，对该材料的研究主要集中在相当于带隙的能量区域内光照射的性质上，即由于该区域的光激发最外层电子，因此外层电子的激发和随之而来的结构变化的性质一直存在争议。在这项研究中，我们使用同步加速器辐射来研究光照射引起的非晶半导体结构的变化，同步辐射具有激发不直接参与原子间化学键的核心电子的能量。在非晶半导体材料中，对于硫族化物基非晶半导体，我们详细研究了可见光区域光学结构的变化，并且研究了同步加速器辐射引起的光学结构的变化。结果总结如下。 1.在同步辐射中也观察到光学带隙的红移（光暗化现象），类似于可见光中的红移。 2.通过在低于玻璃化转变温度的温度下退火，光黑化现象恢复到其原始状态（它是可逆的）。 3. 同步加速器辐射引起的结构变化比可见光少两个数量级的光子。 4. 与内壳水平相对应的光结构变化迅速进行。这些结果是关于光学结构变化的新获得的特性，但我们将能够通过考虑可见光区域的光学结构变化的特性以及同步加速器辐射引起的光降解的未来研究来阐明其机制。