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アモルファス・シリコンの中距離構造の制御と光電流増倍効果

非晶硅中程结构控制与光电流倍增效应

基本信息

批准号：
09239214
负责人：
清水勇
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

水素化アモルファス・シリコン(a-Si:H)薄膜作成時の表面、および表面近傍における構造形成化学反応プロセスを水素原子、あるいは電子励起希ガス(Ar^*)のような科学活性種にて変調し、シリコン網目構造における中距離構造を制御することによって、a-Si:Hの基本的性質であるバンドギャップ(Eg)を広い範囲(1,5eV-2.1eV)で制御する新しい技術を開発した。SiH_4をプラズマ中で分解し生成したフリーラジカル(SiH_3)を堆積前駆体として1-3nm圧の超薄膜の堆積と、その表面を水素原子にて処理する過程を繰り返すことにより、Eg=2.1eVに達するワイドギャップa-Si:H膜の作製に成功した。また、水素原子の替わりにAr^*による表面処理を行うことにより、Eg=1.52eVのナロ-ギャップa-Si:H膜の作製にも成功した。水素原子処理では、表面近傍のシリコン網目中に水素が浸透することによって、構造緩和が促進され、中距離構造が異なる網目が形成される。一方、Ar^*処理では、表面水素の離脱に起因する網目中水素の拡散・離脱反応が促進され、シリコン網目構造が離密化することを、エリプリメトリーを用いたその場観測結果から推定した。これらのワイドおよびナロ-ギャップa-Si:H膜はいずれも、欠陥濃度が<10^<16>m^<-3>と低く高品質で優れた光伝導を示し、また、原子間距離、結合角などの短距離構造に差異は認められず、バンド端における局在単位の分布にも変化は認められなかった。したがって、キャリア輸送、緩和特性を損なうことなく、a-Si:H膜のバンドギャプを1.5eV-2.1eVまで自由に変調できる新しい製膜法を開発できた。次に高品質ワイドギャップa-Si:H膜を用いて、高電界印加下で誘起されることが期待される光電流の増倍効果(アバランシェ増幅)の実現を目指したデバイス開発研究を行った。まず、n-type a-Si:H/ワイドギャップ膜/p-type a-Si:H/金属の順序に堆積したダイオード構造デバイスを作製した。n/p層の作製条件、膜厚を最適化したデバイスの一次光電流、ダイオード特性の評価から、優れたデバイス性能が得られ、10^5V/cmの電界印可下でも漏れ電流を低い値に保つことに成功した。しかし、それでも>10^5V/cmの印加電界下では、電圧の増加と共に、漏れ電流が指数関数的に増加した。そこで、p-type a-Si:H層の替わりにSb_2S_3薄膜層を堆積したVidicon型撮像デバイスを作製し、ビデオ信号にて測定した。その結果、漏れ電流は印加電界<6x10^5V/cmまで低い値を保持することが出来、また、光電流は低電界印可で飽和する傾向を示し、ワイドギャップa-Si:H膜が優れた光伝導性を示した。ただ、得られたビデオ信号をテレビ画像として再生すると、>4x10^5V/cmの印可電界下では白キズが現われ、電極から局所的に漏れ電流が注入されていることが分かり、さらにプロッキング電極構造の改善が必要であることが明かになった。

The structure of the surface and the structure of the surface of the hydration acrylic acid and silica (a-Si:H) film when it is produced Chemical reaction hydrogen atom, hydrogen atom, electron excited ガス (Ar^*) scientifically active species にて変 tuneし, シリコン mesh structure における medium distance structure をcontrol することによって, a-Si:H のbasic properties であるバンドギャップ(Eg)を広い法囲(1,5eV-2.1eV)でcontrolledする新しいTechnologyを开発した. SiH_4 をプラズマ中で成したフリーラジカル(SiH_3)を Before deposition 槆body として1-3nm姧のultrathin film のDeposition と、その table The process of surface hydrogen atom processing and the return of Eg=2.1eV was successful.また、Hydrogen atom replacement Ar^*によるSurface treatment を行うことにより、Eg=1.52eVのナロ-ギャップa-Si:H film was successfully produced. Hydrogen atom processing is used, the surface is close to the surface and the water is penetrated into the mesh, the structure is relaxed and promoted, and the middle distance structure is different and the mesh is formed. On the one hand, the Ar^* treatment is the cause of the detachment of surface water, the dispersion of water in the mesh, and the promotion of detachment reaction. The densification of the シリコン mesh structure is made by densification, and the エリプリメトリーを is estimated based on the measurement results of the いたそのfield.これらのワイドおよびナロ-ギャップa-Si:H film はいずれも, owe Low concentration and high quality light guideをshows し, また, inter-atomic distance, binding angle などの short-distance structure に difference は cognize められず, バンド多におけるbureau in the unit distribution にも変化はcognize められなかった.したがって, キャリアtransportation, relaxation characteristics をloss なうことなく, a-Si:H film のバンドギャプを1.5eV-2.1eV までFree に変tuned できるNew しいFilm-making method を开発できた. We are looking forward to the use of high-quality silicone a-Si:H film and the high-electricity industry. The photocurrent multiplication effect (アバランシェamplification) of the photocurrent multiplier effect refers to the research and development of the photocurrent.まず, n-type a-Si:H/ワイドギャップ film/p-type a-Si:H/metal sequence にassembly したダイオード structure デバイスをした. n/p layer production conditions, film thickness optimization, primary photocurrent, and characteristics of the n/p layer, evaluation and excellence The performance of the device is high, and the electrical boundary seal of 10^5V/cm can reduce the leakage current and ensure the success of the low leakage current.しかし, それでも>10^5V/cmのIndian power boundary lower では, electric pressure のincrease と common に, leakage current が index close number にincrease plus した.そこで, p-type a-Si:H layer replacement Sb_2S_3 thin film layer を deposition method Vidicon type imaging デバイスを production し, ビデオ signal にて measurement した.その result, leakage current は printed and added power boundary <6x10^5V/cm まで low いつを maintain することが out, また, light The low current and low electrical boundary characteristics indicate the saturation tendency and the excellent photoconductivity of the a-Si:H film.ただ, 德られたビデオsignal をテレビimage として regeneration すると, >4x10^5V/cmの玮玮电界下では白キズが本われ, electrode The leakage current of the station is injected into the leakage current, and the current is injected into the station. It is necessary to improve the electrode structure of the プロッキング electrode structure.