Amorphes Silizium für Solarzellen und Dünnschichttransistoren wird durch plasmaunterstützte CVD aus Silan als a-Si:H mit ca. 10 % Wasserstoff hergestellt. Was ist der Hauptgrund dafür?

Lösung: C. Wasserstoff sättigt die freien Bindungen (Dangling Bonds) des Si ab und verringert so die Defektzustände

Wasserstofffreies amorphes Silizium enthält wegen der Unordnung des Netzwerks bis zu etwa 10¹⁹–10²⁰ cm⁻³ Bindungen ohne Partner (Dangling Bonds), deren Niveaus etwa in der Mitte der Bandlücke Elektronen und Löcher einfangen. Deshalb verschiebt sich das Fermi-Niveau auch bei Zugabe von Dotierstoffen kaum, und durch Licht erzeugte Ladungsträger rekombinieren schnell. Sättigt Wasserstoff diese Bindungen durch Si-H-Bindungen ab, sinkt die Defektdichte auf etwa 10¹⁵–10¹⁶ cm⁻³, und eine n- oder p-Dotierung mit Phosphor oder Bor wurde möglich. Wasserstoff wirkt nicht als Donator, und unter üblichen Abscheidebedingungen bleibt die Schicht amorph (aus stark mit Wasserstoff verdünntem Silan lassen sich auch mikrokristalline Schichten herstellen, doch das dient einem anderen Zweck). Auch der Staebler-Wronski-Effekt, bei dem andauernde Beleuchtung die Defekte vermehrt, hängt mit diesem Wasserstoff zusammen.