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贡献者：sylar 浏览：2148次 创建时间：2009-06-02
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amorphous silicon α-Si
又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾等)在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜，氢在其中补偿悬挂链，并进行掺杂和制作pn结。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.7～1.8eV，而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业应用，主要用于提炼纯硅，制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。
目前研究得最多，实用价值最大的非晶态半导体主要有两类：即非晶态硅和硫属半导体。特别是非晶态硅，在理论上和应用方面的研究都非常活跃。
晶态硅自50年代以来，已研制成功名目繁多、功能各异的各种固态电子器件和灵巧的集成电路。非晶硅（a—Si∶H）是一种新兴的半导体薄膜材料，它作为一种新能源材料和电子信息新材料，自70年代问世以来，取得了迅猛发展。非晶硅太阳能电池是目前非晶硅材料应用最广泛的领域，也是太阳能电池的理想材料，光电转换效率已达到13%，这种太阳能电池将成为无污染的特殊能源。1988年全世界各类太阳能电池的总产量35.2兆瓦，其中非晶硅太阳能电池为13.9兆瓦，居首位，占总产量的40%左右。与晶态硅太阳能电池相比，它具有制备工艺相对简单，原材料消耗少，价格比较便宜等优点。
非晶硅的用途很多，可以制成非晶硅场效应晶体管；用于液晶显示器件、集成式a—Si倒相器、集成式图象传感器、以及双稳态多谐振荡器等器件中作为非线性器件；利用非晶硅膜可以制成各种光敏、位敏、力敏、热敏等传感器；利用非晶硅膜制做静电复印感光膜，不仅复印速率会大大提高，而且图象清晰，使用寿命长；等等。目前非晶硅的应用正在日新月异地发展着，可以相信，在不久的将来，还会有更多的新器件产生。
非晶硅的制备：由非晶态合金的制备知道，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而对冷却速率的具体要求随材料而定。硅要求有极高的冷却速率，用液态快速淬火的方法目前还无法得到非晶态。近年来，发展了许多种气相淀积非晶态硅膜的技术，其中包括真空蒸发、辉光放电、溅射及化学气相淀积等方法。一般所用的主要原料是单硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，纯度要求很高。非晶硅膜的结构和性质与制备工艺的关系非常密切，目前认为以辉光放电法制备的非晶硅膜质量最好，设备也并不复杂。以下简介辉光放电法。
辉光放电法是利用反应气体在等离子体中发生分解而在衬底上淀积成薄膜，实际上是在等离子体帮助下进行的化学气相淀积。等离子体是由高频电源在真空系统中产生的。根据在真空室内施加电场的方式，可将辉光放电法分为直流电、高频法、微波法及附加磁场的辉光放电。在辉光放电装置中，非晶硅膜的生长过程就是硅烷在等离子体中分解并在衬底上淀积的过程。对这一过程的细节目前了解得还很不充分，但这一过程对于膜的结构和性质有很大影响。
硫属半导体是S、Se或Te的金属化合物，或这几种化合物的混合物。这类材料在性质上属于半导体材料，但又象玻璃一样是非晶态。为与一般氧化物玻璃和结晶半导体相区别，故把它们称为玻璃半导体。又因为它们的主要成份是周期表中的硫属元素，故又称为硫属半导体，或叫硫属玻璃。硫属半导体的品种很多，迄今研究得比较充分的硫属半导体有As2S3、As2Se3、As2Te3及As2Se3—As2Te3、As2Se3—As2Te3—Te2Se等。硫属半导体的应用主要是基于它在光、热、电场等外界条件作用下引起的性能和结构变化。可用于制作太阳能电池、全息记录材料、光—电记录材料、复印机感光膜、硫属玻璃光刻胶等。
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