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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ESR 48

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