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Submitted on 1 Jan 1978
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LE SILICIUM AMORPHE : UN NOUVEAU
SEMICONDUCTEUR A APPLICATIONS
PRATIQUES
I. Solomon
To cite this version:
MÉTAUX ET SEMICONDUCTEURS.
LE SILICIUM AMORPHE : UN NOUVEAU SEMICONDUCTEUR
A APPLICATIONS PRATIQUES
I. S O L O M O N
Physique de la Matière Condensée, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau Cedex, F r a n c e
Résumé. — Le silicium amorphe, obtenu par décomposition du gaz silane SiH4 dans une décharge
radio-fréquence est un matériau ayant des propriétés très proches de celles des semiconducteurs cristallins. La densité d'états dans la bande interdite, sans être nulle, est beaucoup plus faible que dans le silicium amorphe obtenu par évaporation ou pulvérisation cathodique [1]. Il en résulte un matériau qui peut être dopé n ou p par substitution du phosphore ou du bore, et qui est extrêmement photoconducteur [2].
L'hydrogène obtenu dans la décomposition du SiH4 joue un rôle crucial dans la préparation
du matériau, probablement par saturation des liaisons cassées lors de la déposition du silicium sur le substrat. Il en résulte une très forte diminution du nombre de défauts ponctuels, seuls subsistants les défauts de désordre à grande distance produisant ainsi un matériau amorphe presque idéal [3].
Les propriétés de ce matériau, qui peut être déposé sur des grandes surfaces d'une manière très économique et avec lequel on peut faire tous les dispositifs des semiconducteurs dopés, permettent des applications extrêmement intéressantes. En particulier, des prototypes de photodiodes ayant un rendement de conversion de la lumière solaire de plus de 5 % ont déjà été obtenus [4].
Abstract. — Amorphous silicon, produced in a glow discharge by decomposition of silane gas SiH4,
has physical properties very similar to a crystalline semiconductor. It has a gap with a density of states which is not quite zero, but much smaller than in amorphous silicon produced by evaporation or sputtering [1]. It is then a material that can be doped n or p-type by substitution with phosphorous or boron, and which is extremely photoconductor [2].
The atomic hydrogen produced in the decomposition of SiH4 is a most important ingredient in the
preparation of the material, probably by chemically reacting with the broken bonds produced during the deposit of the silicon on the substrate. The result is a large decrease of the localized defects, the material being left, in first approximation, with long range disorder only, picturing an almost ideal amorphous material [3].
This hydrogenated amorphous silicon, which can be deposited on large surfaces in a very econo-mical manner and make all the usual semiconductor devices, can be used for very interesting applica-tions. In particular, photocells with an efficiency of solar light conversion of more than 5 % have already been fabricated [4].
Bibliographie
[1] On trouvera une revue générale des propriétés du silicium amorphe par SPEAR, W. E., dans : Proceedings of the 5th International Conférence on Amorphous and Liquid Semiconductors (Garmisch-Partenkirchen, éditeur : Taylor and Francis LTD, London) sept. 1973, p. 1.
[2] LE COMBER, P. G. et SPEAR, W. E., Proceeding of AIP
Confé-rence on Structure and Excitations of Amorphous Solids
(Williamsburg, éditeur : American Institute of Physics, New York) 1976, p. 284.
[3] PAUL, W., LEWIS, A. J., CONNELL, G. A. N . et MOUSTAKAS, T. D.,
Solid State Commun. 20 (1976) 969.
[4] Une revue des possibilités d'application des propriétés du sili-cium amorphe aux cellules solaires, par SOLOMON, I. est présentée dans La Recherche 81 (1977) 776.
