アモルファス半導体における光誘起超イオン伝導のメカニズム

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アモルファス・カルコゲナイドにおいて見い出されている光ドープ、光誘起析出、光誘起化学修飾は、光誘起超イオン伝導だと考えることができる。本研究では、光ドープ現象に対して次のメカニズムを提案した。(以下ではAgがAs-S等のカルコゲナイド・ガラスにドープされる場合を考える)a)光照射によってつくられた電子・正孔対の電子は、カルコゲンの反結合軌道にトラップされ、結合の不安定化をひきおこす。一方、正孔の方は拡散していく。そして、荷電中性を保つため、銀イオンが逆方向に拡散する。b)金属/ドープ層の界面では、励起された孤立電子対軌道が金属(銀)と結合軌道をつくり、銀がカルコゲナイド・ガラスの中に取り組まれる。ドープされた層内では、銀イオンは局所的な化学結合のゆらぎによって拡散する。[M.Aniya:J.Phys.Soc.Jpn.61(1992)4474.]c)ドープ/未ドープ層の界面では、局在電子が引き起こす強い電子・格子相互作用によって結合の組替えが促される。光誘起原始移動現象が何故アモルファス・カルコゲナイドで見られるかということの謎は、孤立電子対軌道が存在しなければいけないということ、p型半導体でなければいけないということ、フェルミ準位のピニングの原因でもあるアモルファスであることと強い電子・格子相互作用をもつことで理解できる。上で述べたプロセスの一部は、配位座標を使って表すことができる。光によって励起された軌道の数が増えると、異なる軌道間の重なりが増え、可動イオンに対する新しいポテンシャルが形成される。また、軌道間の重なりが増えると、上で述べた局所的な化学結合のゆらぎが起こりやすくなり、高いイオン伝導度が得られる。