Silizium ohne Fernordnung. a-Si:H, dessen offene Bindungen mit Wasserstoff abgesättigt sind, wird in Dünnschichttransistoren und Dünnschichtsolarzellen eingesetzt.
Japanische Bezeichnung: アモルファスシリコン
„Amorphes Silizium“ kommt in 2 Übungsfragen aus 1 Thema vor, darunter Gläser und amorphe Werkstoffe.
Fachgebiet: Gläser und amorphe Werkstoffe
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.
Lösung: B. Es absorbiert sichtbares Licht stärker als der Kristall, sodass Schichten von höchstens 1 µm genügen, doch die Elektronenbeweglichkeit ist 2 bis 3 Größenordnungen kleiner
Kristallines Silizium ist ein indirekter Halbleiter und absorbiert die längeren Wellenlängen des sichtbaren Lichts nur schwach; Solarzellen verwenden daher gewöhnlich Substrate mit einer Dicke von 100 µm oder mehr. In a-Si:H fehlt die langreichweitige Periodizität, sodass die Bedingung der Impulserhaltung beim Übergang gelockert ist; der Absorptionskoeffizient für sichtbares Licht ist daher größer als im Kristall, und eine Schicht von höchstens 1 µm Dicke kann das Licht absorbieren. Andererseits werden Ladungsträger in Bandausläuferzuständen eingefangen, die das ungeordnete Netzwerk erzeugt; die Elektronenbeweglichkeit beträgt daher etwa 1–10 cm²/(V·s) und ist damit 2 bis 3 Größenordnungen kleiner als die von kristallinem Silizium mit ca. 1400 cm²/(V·s). Für schnelle Logikschaltungen ist es deshalb ungeeignet; da es sich aber bei ca. 300 °C großflächig abscheiden lässt, wird es für die Pixel-TFTs von Flüssigkristallanzeigen und für Dünnschichtsolarzellen verwendet. Mit einer Bandlücke von ca. 1,7 eV absorbiert es sichtbares Licht gut und kann keine transparente Elektrode sein.
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.
Amorphes Silizium für Solarzellen und Dünnschichttransistor…In a-Si:H fehlt die langreichweitige Periodizität, sodass die Bedingung der Impulserhaltung beim Übergang gelockert ist; der Absorptionskoeffizient für sichtbares Licht ist daher größer als im Kristall, und eine Schicht von höchstens 1 µm Dicke kann das Licht absorbieren.
Welcher Vergleich der Eigenschaften von wasserstoffhaltigem…Indirekter Halbleiter Chemisch vorgespanntes Glas Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) Metallisches Glas Netzwerkbildner Netzwerkwandler Nichtbrückender Sauerstoff Reduzierte Glasübergangstemperatur