文档介绍：第卷第期半导体学报斗, 。
年月〔几,
非晶态硅的带隙态密度
夏建白
中国科学院半导体研究所
年月日收到
提要
本文提出了一个带悬键和饱和键的格子模型, 计算了非品态硅的带隙态密度, 二明
了实验的带隙态万峰是由悬键产生的, , 峰是由饱和键产生的还得出’当饱和眼
二一
子改变时, 峰保持不变, , 峰位置随饱和原子与原子键的能量笙而变化, 能显差越小, ,
峰与, 峰的间距越大, 峰的强度也随之改变
一、引言
晶体的导带和价带之间有一个带隙, 在带隙中是没有电子态的一作品态则不同, 在带
隙中有电子态年, 匆首先用场效应的方法在实验上测量了带隙态密度, ’他
的主要结果见图『刀, 是态密度
曲线可以看到, 在态密度曲线上有两, 凡
二,占, ︵
个峰、, 这两个峰至今还没有得
, 〕曰下日
到解释最近等人习对际
所用的场效应方法中计算的方法
提出疑问, 认为态密度曲线上的某些特
征可能是所用的一一叩分,。︵,︶注。︺
析的结果为此, 二组的。
又作了回答‘习, 他结合其它的实验如光
电导、光吸收等, 论证了, 、二峰的存之闷
在以及态密度曲线其它一些特征但他
也承认, 由于二峰很小, 场效应的测量
是不够精确的因此, 带隙态密度是口
‘
前人们所关心的问题本文希望从理论一
一
上考察一下, 带隙中的态密度, 特别是图工态密度
,
二、, 曲线的辉光放电样品的辉光
峰是如何产生的
放电样品, 蒸发或溅射薄哎
非晶态的理论还很不成熟目前应
用得较多的是格子格子最早是由伴、『用来研究卜品态的
,
格子保持了与金刚石或闪锌矿结构相同的配位数, 但是没了闭台环以后,
、等人“· ”又发展了集团一格子模型, 可以考虑环「勺拓扑效应, 等二可应
半导体掌报, 卷
一
用于实际哈密顿盆他们的计算结果主要说明了价带态密度, 但是得不到带隙中的态密
度关于带隙中的态密度, 咖闭认为, 对纯一有两种可能性产生局域态
断键和涨落后者对非晶态来说主要是拓扑无序咖。考虑了涨落的效应, 证明
了在非晶态四面体极性固体中, 没有悬键也能产生局域态, 但是这些态主要位于价带顶附
近因此还是没有解决问题
我们认为带隙中的态主要应该由悬键产生目前的各种址格子模型虽然包合了
各种各样的环的拓扑形状, 但是键与键之间总是相连的, 没有包括悬键, 因此不能考虑悬
键的效应为了考虑非晶态中的悬键和外来原子等产生的饱和健效应, 我
们提出了一个简单的带悬键和饱和键的格子模型
二、带悬键和饱和键的格子模型
我们的。格子模型以原子的杂化键以下简称键作为基函数, 只考虑最近邻键
之间的相互作用见图因此一共有二个相互闰
作用参量
一一⋯,
‘。‘
一’, 和⋯
为了书写简便起见, 我们取键自身的能。
· ·
。一。私睁一。
作为能最的原点这个模型虽然简单, 但是已经
能说明晶体能带的基本特征。为了考虑不同的情
况, 以下提出四种模型。
摸型一理想卜格子
圈格于棋型每个原子有斗个键, 每个键又与相邻原子的
个键相连, 没有悬键见图从某一个键。出发, 写出。方程
‘。‘一千
在各个键之间的矩阵元其中
‘
哈密顿盆从代表各个键自身的能, 从代表相邻键之间的相互作用。
一, 。匆, , 。,
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‘期夏建白非晶态硅的带隙态密度
各个键的标号见图这组方程还能继续往下写, 是一个有无穷个未知的线性方程组
我们将采用传输矩阵变的方法’求解引人传输变
一一
夕⋯
鱼蜘肠加鱼”
由于方程组对于除中心原子以外的任何一个原子的个键, 形式上都是相同的, 因
此引人一个传输变量夕来描述上述各格林函数矩阵元之间的关系是合理的将代
人, 就得到关于‘、‘、‘, 、‘, 的一个线性方程组
尹一石几声十, , 一
十尹一, 一。
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。, 声一, 一
由, 可求得
‘一
, 声一一声一
所以只要已知传输变芦, 也就已知了。传输变里夕的方程可以由除中心原子以
外的任何一个原子个键的方程求得例如, 对于键、、、写出方
程, 利用勺, 就得到
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“一叨”
”一,
是变、, 、‘。、, 的一个线性齐次方程组要使有解, 要求各变最的
系数行列式为零, 得到
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攀骨, , ,
是夕的三次代数方程, 容易解得
夕一石一五