電界ストレス局所絶縁破壊による水素化アモルファスシリコン表面光誘起欠陥の直接観察

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本研究の目的は、太陽電池用材料として幅広く応用されている水素化アモルファスシリコン(a-Si : H)に関して、a-Si : H表面上の光誘起欠陥に局所的な電界ストレスを印加して生じた絶縁破壊をSTM観察によって検出し、光誘起欠陥とその周辺の局所原子構造との関係を明らかにすることである。本研究によって得た実績を以下に示す。(1)a-Si : H表面上で金属探針を走査し、キセノンランプの出力光から分光した単色光(630nm、1.96eV)をa-Si : H表面に照射しながらSTM観察を行った。その結果、光照射時にはa-Si : H表面と探針との間に流れるトンネル電流が、片側の極性(サンプルバイアス負側)で大きく増加するという特異な現象を見出した。(2)光照射時にトンネル電流が増加するメカニズムを解明した。すなわち、探針のPt-Irとa-Si : H表面で電気伝導を担うホールに対するショットキー障壁が形成されていることを予想した。そして、単色光照射時にa-Si : H表面近傍で電子ホール対が形成され、ホールに対する逆バイアス(サンプルバイアス負)印加時に、少数キャリアとしての電子がPt-Ir探針側に流れることによってトンネル電流が増加することを明らかにした。本成果は、a-Si : H表面近傍の光誘起欠陥を検出する上で重要な情報となり得る。(3)光照射を行った状態でSTM観察を行い、a-Si : H表面において原子スケールの輝点を見出した。これにより、光誘起欠陥を原子レベルで検出できる可能性を示した.