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目录1

第一章 引言1

1.1 非晶态半导体的定义2

1.2 现时的和将来的趋势3

1.2.1 非晶态硅的缺陷和钝化3

1.2.2 硫属化物玻璃及其特有的原子价5

1.2.3 中间情况6

1.3 本书的结构6

第二章 非晶态半导体中的电子态理论9

2.1 理论方法11

2.1.1 普遍的定理11

2.1.2 近似方法12

a）格林函数和态密度12

b）格林函数和电子态的定域化16

c）起伏态17

d）路线积分18

e）相变模拟和重正化群分析18

2.1.3 数值计算方法19

a）数值计算的对角化19

b）运动方程法20

c）矩展开法和递推法21

2.2 态密度22

2.2.1 精确的结果23

2.2.2 紧束缚模型26

2.2.3 赝势和准晶态近似27

2.2.4 Muffin-Tin模型28

2.2.5 小结29

2.3 安德森定域化29

2.3.1 安德森模型30

2.3.2 电子态定域化的理论31

2.3.3 安德森转变33

a）分析方法33

b）矩阵对角化34

c）运动方程法的结果35

d）递推法36

2.3.4 临界特性36

2.3.5 电导率38

2.4 结语39

参考文献39

第三章 非晶态半导体中的能隙态和缺陷44

3.1 非晶态半导体能隙中的态的一般模型44

3.2 两类材料的区别47

b）光诱导ESR48

a）顺磁中心48

c）发光49

d）变程跳跃传导49

3.3 非晶态锗和硅50

3.3.1 蒸发和溅射淀积的薄膜50

3.3.2 氢化的锗和硅52

3.4 非晶态硫属化物55

3.4.1 硫属化物的发光55

3.4.2 硫属化物的缺陷58

3.4.3 硫属化物的能隙态63

3.4.4 目前有关硫属化物的实验情况67

3.5 非晶态砷70

3.5.1 砷的缺陷70

3.5.2 砷的能隙态74

3.5.3 关于砷和其他V族材料的近期结论76

参考文献78

第四章 非晶态半导体的光学性质81

4.1 非晶态半导体中光学激发的一般特性82

4.1.1 原子结构在确定光学性质方面所起的作用83

4.1.2 满配位材料的光学性质85

a）微观的表达式85

b）在吸收边以上的激发88

c）吸收边88

4.1.3 缺陷对光学性质的影响93

a）四面体结构的材料中空洞的影响93

b）硫属化物中配位变化的影响97

c）化合物中同类键的影响99

4.2.1 四面体结构的材料100

a）吸收边以上的激发100

4.2 非晶态半导体的光学性质100

b）吸收边105

4.2.2 硫属化物半导体110

a）吸收边以上的激发110

b）吸收边114

4.3 结语121

参考文献122

第五章 非晶态半导体中的电子输运124

5.1 引言124

5.2 能带模型127

5.2.1 科恩-弗里切-奥弗辛斯基模型128

5.2.2 戴维斯-莫特模型129

5.2.3 小极化子模型131

5.3 电学性质131

a）扩展态传导132

5.3.1 直流电导率132

b）带尾传导135

c）费米能级附近的定域态传导136

5.3.2 温差电动势率139

a）扩展态传导140

b）迁移率边附近的定域态传导141

c）费米能级附近的定域态传导142

5.3.3 霍尔效应142

5.3.4 交流电导率144

5.3.5 渡越时间146

5.3.6 光电导149

5.3.7 小极化子运动152

5.4 硫属化物玻璃156

5.4.1 制备与结构156

5.4.2 直流电导率、温差电动势率和霍尔效应157

5.4.3 交流电导率165

5.4.4 光电导167

5.5 结语170

参考文献171

第六章 非晶态半导体的发光173

6.1 引言173

6.1.1 关于材料的概述173

6.1.2 从发光测量得到的信息174

6.1.3 对实验的评述175

6.1.4 本章的范围175

6.2 非晶态硅176

6.2.1 制备条件的影响176

6.2.2 本征非晶态硅178

a）复合与分离182

6.2.3 电子-空穴对182

b）斯托克斯位移183

c）无辐射复合184

6.2.4 网络缺陷185

a）用辉光放电制备的硅中的网络缺陷185

b）氢和氧的作用187

6.2.5 掺杂的非晶态硅189

6.2.6 SixC1-x系统191

6.3 非晶态硫属化物和有关的半导体192

6.3.1 有关制备条件的影响的概述192

6.3.2 硫属砷化物和硒194

6.3.3 特殊模型197

a）缺陷197

b）小极化子198

c）硫属化物的能带结构199

d）无辐射复合200

6.3.4 有关的材料200

参考文献202

第七章 非晶态半导体的自旋效应205

7.1 综述205

7.2 四面体配位非晶态半导体的电子自旋共振207

7.2.1 硅中缺陷中心的磁性质208

a）完全定域化的中心（“硬中心”）209

b）波函数扩展到几个原子位置的电子（“软中心”）209

7.2.2 纯的非晶态硅的电子自旋共振210

7.2.3 杂质污染的影响212

7.2.4 氢化非晶态硅213

7.2.5 非晶态硅的氢化和退氢216

7.3.1 半导体中存在与自旋有关的效应217

7.2.7 结语217

7.2.6 低温淀积氢化硅217

7.3.2 与自旋有关的复合的基础218

7.3 非晶态硅中与自旋有关的效应218

7.3.3 与自旋有关的复合的实验检测220

7.3.4 通过被俘获的电子-空穴对的复合221

7.3.5 与自旋有关的发光226

7 3.6 起因于自旋的磁场效应228

附录A：关于受辐射的晶态硅的顺磁中心g值的概述229

参考文献231

第八章 非晶态半导体的短程序233

8.1 短程序的要素234

8.1.1 结构模型234

8.1.2 二元合金的局部有序236

b）键统计学237

a）局部原子配位237

c）局部分子群239

8.1.3 缺陷的组态242

a）四面体键材料242

b）硫属化物和磷族元素化物243

8.2 短程序的探测245

8.2.1 径向分布的测量245

a）X射线、中子、电子衍射245

b）EXAFS（X射线吸收）247

8.2.2 振动光谱248

8.2.3 概述250

a）单元素材料250

b）化合物252

d）二元合金254

c）准二元合金254

8.3 最近的结果255

8.3.1 a-Si中的局部键结构255

e）其它合金系255

a）a-Si1-xHx合金的振动光谱256

8.3.2 a-As中的成键配位缺陷264

8.3.3 汽相淀积硫属化物非晶态半导体中的不正当键265

a）退火对SRO的影响266

b）汽相淀积的a-As2S3薄膜的喇曼散射268

8.4 结束语269

参考文献269

b）砷掺杂剂在a-Si:H合金中的配位271

第九章 掺杂非晶态半导体273

9.1 态密度分布和掺杂的可能性273

9.2.1 辉光放电法的淀积和掺杂277

9.2 掺杂非晶态半导体的制备277

9.2.2 氢和辉光放电非晶态半导体的性质279

9.2.3 氢化的溅射非晶态半导体281

9.2.4 用离子注入和扩散方法掺杂282

9.3 掺杂非晶态半导体的电子输运性质282

9.3.1 用掺杂控制电导率283

9.3.2 a-Si的气相掺杂效率288

9.3.3 a-Si漂移迁移率的研究289

9.3.4 a-Si的霍尔效应291

9.3.5 温差电动势率295

9.3.6 掺杂a-Si的晶化298

9.4 掺杂a-Si的光电导和复合301

9.5 非晶势垒和p-n结304

9.5.1 电荷分布和势垒剖面305

9.5.2 势垒电容及它与外加电势和频率的关系308

9.6 结束语309

参考文献310

第十章 非晶态硅太阳电池312

10.1 非晶态半导体电池312

10.1.1 背景312

10.1.2 高效率光电能量转换的条件313

10.2 氢化非晶态硅的淀积314

10.2.1 辉光放电淀积条件314

10.2.2 衬底效应316

10.3 氢化非晶态硅薄膜的性质317

10.3.1 氢的作用317

10.3.2 光学性质319

10.3.3 电阻率和光电导率322

10.3.4 载流子的迁移率和寿命329

10.3.5 能隙态密度330

10.4 太阳电池的结构333

10.4.1 肖特基势垒电池334

10.4.2 p-n结和p-i-n结334

10.4.3 异质结335

10.5 光生伏打特性335

10.5.1 电流-电压特性336

105.2 衬底温度的影响339

10.5.3 杂质的影响340

10.5.4 光生载流子的收集效率341

10.5.5 a-Si:H太阳电池工作性能的分析349

10.6 结语360

参考文献361