非晶态半导体

Sándor Kugler等著

非晶态半导体是具有半导体性质的非晶态材料，是半导体的一个重要部分。非晶态半导体在多种应用领域中都存在着巨大的潜力，其中，非晶硫早已广泛应用在复印技术中，由As-Te-Ge-Si系玻璃半导体制作的可改写存储器已有商品问世，利用光脉冲玻璃化碲微晶薄膜制作的光存储器正在研制之中，还有人正在尝试把非晶硅场效应晶体管用于液晶显示和集成电路。对于非晶硅的应用，目前最多的研究集中于太阳能电池，非晶硅比晶体硅制备工艺简单，易于制造大面积产品，并且非晶硅对于太阳光的吸收效率高，器件只需大约1微米厚的薄膜材料。因此，非晶硅有望成为更廉价太阳能电池的原料，现已受到能源专家的重视。

本书首先分析了非晶态与晶态半导体一致的属性：它们具有类似的基本能带结构，有导带、价带和禁带。非晶材料的基本能带结构主要取决于原子附近的状况，可以用化学键模型作定性的解释。以四面体键的非晶Ge、Si为例，Ge、Si中四个价电子经sp杂化，邻近原子的价电子之间形成共价键，其成键态对应于价带，反键态对应于导带。无论是Ge、Si的晶态还是非晶态，基本结合方式是相同的，只是在非晶态中键角和键长有一定程度的畸变，因而它们的基本能带结构是相类似的。

在此之后，本书对非晶半导体与晶态半导体的差异进行了详细的剖析：晶态半导体的结构是周期有序的，即具有平移对称性，电子波函数是布洛赫函数，波矢k是与平移对称性相联系的量子数；相比而言，非晶态半导体不存在周期性，k不再是量子数。晶态半导体中电子的运动是比较自由的，电子运动的平均自由程远大于原子间距；非晶态半导体中结构缺陷的畸变使得电子的平均自由程大大减小，当平均自由程接近原子间距的数量级时，无法应用晶态半导体中建立的电子漂移运动理论。非晶态半导体能带边态密度的变化不像晶态那样陡峭，而具有不同程度的带尾。

本书还介绍了如何使用计算机模拟产生随机结构，为读者提供了构建现实材料的方法；通过大量仿真详述了非晶半导体不定型结构的光学和电气特性，方便读者理解无序半导体特性。最后的章节详细讨论了通过光子辐射改变半导体结构的方法，并预测了应用前景。

本书分为5章：1.背景介绍，回顾了非晶硅的科研和应用历史；2.预备知识，介绍了薄膜生长工艺、熔融玻璃态法和菲利普斯理论；3.非晶半导体结构，介绍了晶态半导体和非晶态半导体的主要区别、由三维向一维投影的函数、由一维向三维扩展的函数、相变及其应用；4.电子层微观结构，介绍了化学键结构、电子的浓度和状态、主要缺陷、光学特性和电气特性；5.光诱导现象，介绍了光致体积变化、光子暗化效应和光致褪色、光致缺陷、光致结晶和非晶形态。

本书的读者对象为半导体领域、电子领域、新能源领域的学生、教授和研究人员。

宁圃奇，博士，研究员

（中国科学院电工研究所）

Puqi Ning， Associate Professor

（Institute of Electrical Engineering， CAS）Ernst O.Gbel et al

Quantum Metrology

Foundation of Units and Measurements

2015

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10.1002/9783527680887

EISBN9783527680887