英文
amorphous semiconductor
简介
结构上具有短程有序而长程无序的半导体材料。这种结构称非晶网格结构，是一种共价的连续无规网格，其中每一原子仍具有特定的配位数，即短程有序;但键长和键角在一定范围内允许有涨落，因而从一个晶胞到另 一个晶胞不具有平移对称性，而是无规连接起来，即长规无序。图1为非晶网格和单晶晶格结构示意图的对比。
非晶网格结构
单晶晶格结构
图1 非晶网格和单晶晶格结构示意图
鉴于短程有序，某些电子和空穴可以在整个非晶体内作共有化运动，其能带也有分隔开的价带和导带，电子和空穴仍然像晶态的导带和价带中的自由载流子一样，具有一定迁移率，只是由于受到长程无序的干扰，迁移率值要小得多。这种做共有化运动的载流子状态称扩展态。当长程无序的程度增大时，电子运动受到长程无序势的强烈作用，其运动被局限在空间的一小区域内，形成定域态。按照英国人莫特(Mott)的理论从扩展态到定域态存在一迁移率边，将扩展态和定域态区分开来，导带和价带的迁移率边分别用Ec和Ev来表示，而Ec-Ev通常称为迁移率隙或能隙。图2为非晶能带结构示意图。在Ec的上方或Ev的下方为扩展态，在价带Ev的上方或导带Ec的下方为定域态。带边的定域态向能隙延伸，形成带尾，带尾态的态密度最低，但受无规势场的干扰最强，因而带尾可能首先发生定域化，带尾中的电子只能在热激发下发生跳跃传导。由于非晶半导体材料中存在大量缺陷、悬挂键和空位等，在带隙中造成较高密度的隙态，通常这些隙态分裂成两个带——施主带和受主带，只是非晶半导体中施主带EY在下方而受主带EX在上方，而费米能级EF钉扎在施主带和受主带交叠的中央。
图2 非晶能带结构示意图
由于非晶半导体材料也具有分隔开的价带和导带，从而具有典型的半导体特性，如存在导电的电子和空穴、载流子的可激活性、基本吸收边、光电导性、温差电效应和一定条件下的掺杂效应等。
非晶半导体材料大致分两类：一类为四面体非晶半导体材料，包括有非晶硅、锗、碳化硅、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料等。其制备方法主要为辉光放电分解法，此外还有溅射法、光化学气相沉积法等。这一类非晶半导体中通常包含有大量顺磁中心，存在变程跳跃电导，电子密度变化时费米能级可以有明显移动;另一类为硫系非晶半导体材料，包括有非晶硫、硒、碲、硫系二元化合物(如As2S3等)和硫系多元化合物。其制备方法有熔体的快速冷却法、蒸发法等。硫系非晶半导体材料不含顺磁中心，没有变程跳跃电导，电子密度变化时费米能级不移动，它们还常具有光致发光的大的斯托克斯位移，经长时间光照后发光强度减弱，光照使本征吸收边向低能方向移动等现象。
非晶半导体材料在技术领域有广泛的应用，非晶硅由于光吸收系数大，可以在玻璃、塑料或不锈钢等衬底材料上形成薄膜材料，制造工艺简单，是高效廉价的太阳能电池的理想材料。此外非晶硅在显示器薄膜晶体管、光电探测器、摄像元件、光贮存器方面已取得一定进展。硫系非晶半导体材料主要应用在开关器件和存贮器上。