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2023-06-20
纳米硅薄膜低温电输运机制分析
【摘要】：微晶硅和纳米硅的电输运机制一直是人们感兴趣的问题。徐刚毅等根据HQD模型得到纳米硅薄膜的电输运机制，可简单归结为热辅助隧穿过程：电子首先被激发到量子点中，然后以隧穿的方式传导。纳米硅薄膜中的定域态来自非晶层、硅晶粒表面以及硅晶粒内部的缺陷和应变等因素造成的大量缺口。
纳米硅薄膜属于微晶硅的一种，由硅氢网络和硅晶粒组成，具有微晶硅的基本特性，但与通常的微晶硅薄膜相比，纳米硅薄膜中的微晶粒仅为3～8个原子层，晶粒间距仅为2～4个原子层，即纳米硅薄膜中的微晶粒尺寸更小，排列更紧密。纳米硅薄膜具有更高的电导率和更好的温度稳定性，并表现出室温可见发光和低温下的量子共振隧穿等一系列低维特性。
微晶硅和纳米硅的电输运机制一直是人们感兴趣的问题。它们的电导（包括本征和掺杂的）存在两个显著的特点：①在很宽的温度范围内薄膜的电导激活能是渐变的；②在低温下薄膜仍保持很高的电导率。徐刚毅等根据HQD模型得到纳米硅薄膜的电输运机制，可简单归结为热辅助隧穿过程：电子首先被激发到量子点中，然后以隧穿的方式传导。纳米硅的电输运应归结为两部分：由HQD模型描述的热辅助隧穿过程和费米能级附近定域态之间的Hopping传导。电导率完整的表达式应为
上式等号右边分别对应于热辅助隧穿过程和费米能级附近定域态之间的Hopping传导。在实验温度范围内上式的计算值与实验值符合得非常好（见图7-8）。
图7-8 曲线a和b分别是热辅助隧穿过程和Hopping传导的计算结果，曲线c为两种电导率之和
在很宽的温度范围（500～20 K）对本征和掺磷纳米硅薄膜的电导进行了系统的研究，认为在高温段（T＞200 K）纳米硅的输运机制是以HQD模型所描述的热辅助的晶粒间电子隧穿为主；而低温段（T＜100 K）电导主要由纳米硅带隙中费米能级附近定域态之间的Hopping传导所决定。纳米硅薄膜中的定域态来自非晶层、硅晶粒表面以及硅晶粒内部的缺陷和应变等因素造成的大量缺口。
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2023-06-20
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2023-11-18
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2023-11-18
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2023-11-18
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2023-06-20
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2023-06-20
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