無定形和液態半導體材料
正文
沒有晶格周期性的半導體材料。廣義的無定形半導體包含液態半導體，也稱非晶半導體或無序半導體。無定形半導體雖然長程無序，但是具有不同程度的短程有序,即以共價鍵結合的最近鄰原子間的距離幾乎不變,鍵角在一定範圍內漲落，依相應晶態材料而構成原子的結合方式，滿足其化學價鍵的要求。無定形半導體與多晶、微晶的區別在於，多晶和微晶分別在尺度不同的晶粒範圍記憶體在著嚴格的周期性。分類 無定形半導體主要分為兩類。①主要成分包含至少一種硫屬元素（S、 Se、Te）的硫屬玻璃及其他玻璃,如a-Se、a-As2S3等。②四面體鍵結構的無定形半導體（CdAs2、CdAs2G、CdGeP2除外），如a-Si、a-Ge、a-InSb等。無定形的Ⅴ族元素，如a-As，被認為是界於這兩種類型中間的材料。
製備方法 無定形半導體的製備有兩種方法：①澱積,即由汽相澱積到冷的襯底上,諸如熱蒸發、濺射、電漿輝光放電分解、化學汽相澱積及電解澱積等方法；②直接由液相冷卻而形成玻璃態物質。通常由澱積製備成的是薄膜，而玻璃態物質是體材料。一般能從液態驟冷得到的無定形半導體，也能從汽相澱積而得到，反之則不然。由於液態與固態配位不同，四面體鍵無定形半導體只能由澱積製備;然而,大多數硫屬玻璃在一定組分範圍內可以是玻璃體，因而又稱玻璃半導體。所謂的液態半導體實際上是液態的玻璃半導體，它們的光學、電子學性質是相應固態材料性質的延續。與硫屬玻璃不同，四面體無定形半導體的性質對製備條件比較敏感。
導電機理 由於結構無序（主要是鍵角、二面角無序和點陣網路拓撲無序），無定形半導體能帶尾部的波函式是局域化的，也就是波函式只能在空間延伸有限的範圍。局域態與能帶中間高遷移率的擴展態的分界，稱為遷移率邊，導帶下端的遷移率邊與價帶上端的遷移率邊之間的間隙稱為遷移率隙，相當於晶態半導體的禁帶。在理想的無定型半導體（無規連續網路，即內部無空隙形成的內表面，所有鍵都得到滿足，鍵長鍵角無序極小的無定形半導體）的遷移率隙中，除了集中於上下兩邊的局域態外，中間的態密度是很低的（見圖）。然而，實際材料既有熱力學導致的缺陷，也有應變導致的缺陷。這些位於遷移率隙深處的缺陷態密度是比較大的，成為複合中心,限制載流子的壽命和遷移率,並將費米能級釘扎在遷移率隙中間。主要缺陷有四面體材料中的懸掛鍵（即斷開的，沒有成鍵的單個電子）和硫屬玻璃中的變價對（即三重配位的正硫屬離子與一重配位的負硫屬離子組成的缺陷對）。
無定形和液態半導體材料
)。高溫時，熱激活傳導是主要的；低溫時，變程跳躍傳導變得更重要。 在硫屬玻璃中，由於晶格畸變，兩個電子處於同一缺陷態的有效庫侖能是負的，這樣變價對的能量低於一對懸鍵的能量。因而在隙態的一個軌道上，要么填充兩個電子，要么沒有電子，費米能級牢牢釘扎在遷移率隙當中。這就是硫屬玻璃無電子自由共振信號、無摻雜效應、無變程跳躍傳導、直流電導率很低的原因。但對於光吸收，晶格弛豫來不及發生，吸收邊也接近遷移率隙，所以它們是紅外透明的。
套用 硫屬玻璃可用作開關、記憶、光敏元件。通常硫屬玻璃的直流電導率很低,如果外電場足夠強,一些硫屬玻璃合金（如 Te-As-Si-Ge）膜兩邊費米能級分別位於導帶與價帶的擴展態,大量正負電荷陷阱均填滿,則此種合金成了快速、可逆的開關；如果某些不太穩定的玻璃合金（如 Ge17Te19Sb2S2）導電溝道在臨界場下部分晶化，則可用作記憶元件；如果光導率遠高於暗電導率則為光敏元件。
由於晶格動量守恆定律不再嚴格適用於無定形半導體，在太陽光譜範圍，無定形矽(a-Si)較晶體矽(c-Si)有更高的吸收係數，加上a-Si成本低、易製成大面積電池、易工業化生產，所以無定形矽光電池有良好套用前景。在實驗室里,10×10厘米2無定形矽光電池的轉換效率已達7％左右,小面積效率最高已達12％。與c-Si相比，其輸運特性較差，限制了轉換效率的提高。無定形矽光電池已用作計算器和手錶的電源。
參考書目
N.F.Mott,E.A.Davis,Electronic Processes in Noncrystalline Materials， Clarendon Press, Oxford, 1979.
M. H. Brodsky ed., Amorphous Semiconductors,Springer-Verlag,Heidelberg,1979.
