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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

24. Amorphous Semiconductors: Structure, Optical, and Electrical Properties

verfasst von : Kazuo Morigaki, Chisato Ogihara

Erschienen in: Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

This chapter is devoted to a survey of the structural, optical and electrical properties of amorphous semiconductors on the basis of their fundamental understanding. These properties are important for various types of applications using amorphous semiconductors.
First, we review general aspects of the electronic states and defects in amorphous semiconductors, i. e., a-Si:H and related materials, and chalcogenide glasses, and their structural, optical and electrical properties.
Further, we survey the two types of phenomena associated with amorphous structure, i. e., light-induced phenomena, and quantum phenomena associated with nanosized amorphous structure. The former are important from the viewpoint of amorphous-silicon solar cells. The latter phenomena promise novel applications of amorphous semiconductors from the viewpoint of nanotechnology.

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Literatur
24.1
Zurück zum Zitat N.F. Mott, E.A. Davis: Electronic Processes in Non-crystalline Materials, 2nd edn. (Clarendon, Oxford 1979) N.F. Mott, E.A. Davis: Electronic Processes in Non-crystalline Materials, 2nd edn. (Clarendon, Oxford 1979)
24.2
Zurück zum Zitat K. Morigaki: Physics of Amorphous Semiconductors (World Scientific, Imperial College Press, Singapore, London 1999) K. Morigaki: Physics of Amorphous Semiconductors (World Scientific, Imperial College Press, Singapore, London 1999)
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Zurück zum Zitat L. Brey, C. Tejedor, J.A. Verges: Phys. Rev. Lett. 52, 1840 (1984) L. Brey, C. Tejedor, J.A. Verges: Phys. Rev. Lett. 52, 1840 (1984)
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Zurück zum Zitat L. Ley, S. Kawalczyk, R. Pollak, D.A. Shirley: Phys. Rev. Lett. 29, 1088 (1972) L. Ley, S. Kawalczyk, R. Pollak, D.A. Shirley: Phys. Rev. Lett. 29, 1088 (1972)
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Zurück zum Zitat M. Kastner, D. Adler, H. Fritzsche: Phys. Rev. Lett. 37, 1504 (1976) M. Kastner, D. Adler, H. Fritzsche: Phys. Rev. Lett. 37, 1504 (1976)
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Zurück zum Zitat K. Morigaki, M. Yamaguchi, I. Hirabayashi, R. Hayashi: Disordered Semiconductors, ed. by M.A. Kastner, G.A. Thomas, S.R. Ovshinsky (Plenum, New York 1987) p. 415 K. Morigaki, M. Yamaguchi, I. Hirabayashi, R. Hayashi: Disordered Semiconductors, ed. by M.A. Kastner, G.A. Thomas, S.R. Ovshinsky (Plenum, New York 1987) p. 415
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24.11
Zurück zum Zitat T. Tiedje: In: Semiconductors and Semimetals, Vol. 21, ed. by J.I. Pankove (Academic, Orlando 1984) p. 207 Part C T. Tiedje: In: Semiconductors and Semimetals, Vol. 21, ed. by J.I. Pankove (Academic, Orlando 1984) p. 207 Part C
24.12
Zurück zum Zitat K. Winer, I. Hirabayashi, L. Ley: Phys. Rev. B 38, 7680 (1988) K. Winer, I. Hirabayashi, L. Ley: Phys. Rev. B 38, 7680 (1988)
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Zurück zum Zitat K. Winer, I. Hirabayashi, L. Ley: Phys. Rev. Lett. 60, 2697 (1988) K. Winer, I. Hirabayashi, L. Ley: Phys. Rev. Lett. 60, 2697 (1988)
24.14
Zurück zum Zitat K. Morigaki: In: Semiconductors and Semimetals, Vol. 21, ed. by J.I. Pankove (Academic, Orlando 1984) p. 155 Part C K. Morigaki: In: Semiconductors and Semimetals, Vol. 21, ed. by J.I. Pankove (Academic, Orlando 1984) p. 155 Part C
24.15
Zurück zum Zitat K. Morigaki, M. Kondo: Solid State Phenom. 44-46, 731 (1995) K. Morigaki, M. Kondo: Solid State Phenom. 44-46, 731 (1995)
24.16
Zurück zum Zitat K. Morigaki, H. Hikita, M. Kondo: J. Non-Cryst. Solids 190, 38 (1995) K. Morigaki, H. Hikita, M. Kondo: J. Non-Cryst. Solids 190, 38 (1995)
24.17
Zurück zum Zitat M. Yamaguchi, K. Morigaki, S. Nitta: J. Phys. Soc. Jpn. 58, 3828 (1989) M. Yamaguchi, K. Morigaki, S. Nitta: J. Phys. Soc. Jpn. 58, 3828 (1989)
24.18
Zurück zum Zitat M. Yamaguchi, K. Morigaki, S. Nitta: J. Phys. Soc. Jpn. 60, 1769 (1991) M. Yamaguchi, K. Morigaki, S. Nitta: J. Phys. Soc. Jpn. 60, 1769 (1991)
24.19
Zurück zum Zitat S.C. Moss, J.F. Graczyk: Proc. 10th Int. Conf. Phys. Semicond., ed. by J.C. Hensel, F. Stern (US AEC Div. Tech. Inform., Springfield 1970) p. 658 S.C. Moss, J.F. Graczyk: Proc. 10th Int. Conf. Phys. Semicond., ed. by J.C. Hensel, F. Stern (US AEC Div. Tech. Inform., Springfield 1970) p. 658
24.20
Zurück zum Zitat S. Kugler, G. Molnár, G. Petö, E. Zsoldos, L. Rosta, A. Menelle, R. Bellissent: Phys. Rev. B 40, 8030 (1989) S. Kugler, G. Molnár, G. Petö, E. Zsoldos, L. Rosta, A. Menelle, R. Bellissent: Phys. Rev. B 40, 8030 (1989)
24.21
Zurück zum Zitat D.E. Polk: J. Non-Cryst. Solids 5, 365 (1971) D.E. Polk: J. Non-Cryst. Solids 5, 365 (1971)
24.22
Zurück zum Zitat F. Wooten, K. Winer, D. Weaire: Phys. Rev. Lett. 54, 1392 (1985) F. Wooten, K. Winer, D. Weaire: Phys. Rev. Lett. 54, 1392 (1985)
24.23
Zurück zum Zitat R. Car, M. Parrinello: Phys. Rev. Lett. 60, 204 (1988) R. Car, M. Parrinello: Phys. Rev. Lett. 60, 204 (1988)
24.24
Zurück zum Zitat S. Kugler, L. Pusztai, L. Rosta, P. Chieux, R. Bellissent: Phys. Rev. B 48, 7685 (1993) S. Kugler, L. Pusztai, L. Rosta, P. Chieux, R. Bellissent: Phys. Rev. B 48, 7685 (1993)
24.25
Zurück zum Zitat L. Pusztai: J. Non-Cryst. Solids 227-230, 88 (1998) L. Pusztai: J. Non-Cryst. Solids 227-230, 88 (1998)
24.26
Zurück zum Zitat S. Kugler, K. Kohary, K. Kádas, L. Pusztai: Solid State Commun. 127, 305 (2003) S. Kugler, K. Kohary, K. Kádas, L. Pusztai: Solid State Commun. 127, 305 (2003)
24.27
Zurück zum Zitat J.A. Reimer: J. Phys. (Paris) 42, C4–715 (1981) J.A. Reimer: J. Phys. (Paris) 42, C4–715 (1981)
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Zurück zum Zitat K.K. Gleason, M.A. Petrich, J.A. Reimer: Phys. Rev. B 36, 3259 (1987) K.K. Gleason, M.A. Petrich, J.A. Reimer: Phys. Rev. B 36, 3259 (1987)
24.29
Zurück zum Zitat G. Lucovsky, R.J. Nemanich, J.C. Knights: Phys. Rev. B 19, 2064 (1979) G. Lucovsky, R.J. Nemanich, J.C. Knights: Phys. Rev. B 19, 2064 (1979)
24.30
Zurück zum Zitat R. Bellissent, A. Menelle, W.S. Howells, A.C. Wright, T.M. Brunier, R.N. Sinclair, F. Jansen: Physica B 156/157, 217 (1989) R. Bellissent, A. Menelle, W.S. Howells, A.C. Wright, T.M. Brunier, R.N. Sinclair, F. Jansen: Physica B 156/157, 217 (1989)
24.31
Zurück zum Zitat A. Menelle: Thése Doctorat Ser. (Université Piere et Marie Curie, Paris 1987) A. Menelle: Thése Doctorat Ser. (Université Piere et Marie Curie, Paris 1987)
24.32
Zurück zum Zitat J.H. Zhou, K. Ikuta, T. Yasuda, T. Umeda, S. Yamasaki, K. Tanaka: J. Non-Cryst. Solids 227–230, 857 (1998) J.H. Zhou, K. Ikuta, T. Yasuda, T. Umeda, S. Yamasaki, K. Tanaka: J. Non-Cryst. Solids 227–230, 857 (1998)
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Zurück zum Zitat T. Uchino: Kotai Butsuri (Solid State Physics) 37, 965 (2002) T. Uchino: Kotai Butsuri (Solid State Physics) 37, 965 (2002)
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Zurück zum Zitat G. Lucovsky, F.L. Galeener, R.H. Geils, R.C. Keezer: Proc. Int. Conf. Amorph. Liq. Semicond., ed. by W.E. Spear (University of Edinburgh, Edinburgh 1977) p. 127 G. Lucovsky, F.L. Galeener, R.H. Geils, R.C. Keezer: Proc. Int. Conf. Amorph. Liq. Semicond., ed. by W.E. Spear (University of Edinburgh, Edinburgh 1977) p. 127
24.35
Zurück zum Zitat J. Tauc: In: Amorphous and Liquid Semiconductors, ed. by J. Tauc (Plenum, New York 1974) p. 159 J. Tauc: In: Amorphous and Liquid Semiconductors, ed. by J. Tauc (Plenum, New York 1974) p. 159
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Zurück zum Zitat C. Tsang, R.A. Street: Phys. Rev. B 19, 3027 (1979) C. Tsang, R.A. Street: Phys. Rev. B 19, 3027 (1979)
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Zurück zum Zitat K. Morigaki, Y. Sano, I. Hirabayashi: J. Phys. Soc. Jpn. 51, 147 (1982) K. Morigaki, Y. Sano, I. Hirabayashi: J. Phys. Soc. Jpn. 51, 147 (1982)
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Zurück zum Zitat M. Yamaguchi, K. Morigaki: Philos. Mag. B 79, 387 (1999) M. Yamaguchi, K. Morigaki: Philos. Mag. B 79, 387 (1999)
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Zurück zum Zitat G.H. Bauer: Solid State Phenom. 44-46, 365 (1995) G.H. Bauer: Solid State Phenom. 44-46, 365 (1995)
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Zurück zum Zitat R.A. Street, J.C. Knights, D.K. Biegelsen: Phys. Rev. B 18, 1880 (1978) R.A. Street, J.C. Knights, D.K. Biegelsen: Phys. Rev. B 18, 1880 (1978)
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Zurück zum Zitat D.J. Dunstan, F. Boulitrop: Phys. Rev. B 30, 5945 (1984) D.J. Dunstan, F. Boulitrop: Phys. Rev. B 30, 5945 (1984)
24.53
Zurück zum Zitat K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 141, 166 (1992) K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 141, 166 (1992)
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Zurück zum Zitat R. Stachowitz, M. Schubert, W. Fuhs: J. Non-Cryst. Solids 227--230, 190 (1998) R. Stachowitz, M. Schubert, W. Fuhs: J. Non-Cryst. Solids 227--230, 190 (1998)
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Zurück zum Zitat C. Ogihara: J. Non-Cryst. Solids 227--230, 517 (1998) C. Ogihara: J. Non-Cryst. Solids 227--230, 517 (1998)
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Zurück zum Zitat M. Yoshida, K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 59/60, 357 (1983) M. Yoshida, K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 59/60, 357 (1983)
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Zurück zum Zitat D. Emin: Philos. Mag. 35, 1189 (1977) D. Emin: Philos. Mag. 35, 1189 (1977)
24.84
Zurück zum Zitat N. Tohge, T. Minami, Y. Yamamoto, M. Tanaka: J. Appl. Phys. 51, 1048 (1980) N. Tohge, T. Minami, Y. Yamamoto, M. Tanaka: J. Appl. Phys. 51, 1048 (1980)
24.85
Zurück zum Zitat L. Tichy, H. Ticha, A. Triska, P. Nagels: Solid State Commun. 53, 399 (1985) L. Tichy, H. Ticha, A. Triska, P. Nagels: Solid State Commun. 53, 399 (1985)
24.86
Zurück zum Zitat K. Shimakawa, A. Kolobov, S.R. Elliott: Adv. Phys. 44, 475 (1995) K. Shimakawa, A. Kolobov, S.R. Elliott: Adv. Phys. 44, 475 (1995)
24.87
Zurück zum Zitat K. Kimura, K. Murayama, T. Ninomiya: J. Non-Cryst. Solids 77/78, 1203 (1985) K. Kimura, K. Murayama, T. Ninomiya: J. Non-Cryst. Solids 77/78, 1203 (1985)
24.88
Zurück zum Zitat D.L. Staebler, C.R. Wronski: Appl. Phys. Lett. 31, 292 (1977) D.L. Staebler, C.R. Wronski: Appl. Phys. Lett. 31, 292 (1977)
24.89
Zurück zum Zitat I. Hirabayashi, K. Morigaki, S. Nitta: Jpn. J. Appl. Phys. 19, L357 (1980) I. Hirabayashi, K. Morigaki, S. Nitta: Jpn. J. Appl. Phys. 19, L357 (1980)
24.90
Zurück zum Zitat H. Dersch, J. Stuke, J. Beichler: Appl. Phys. Lett. 38, 456 (1981) H. Dersch, J. Stuke, J. Beichler: Appl. Phys. Lett. 38, 456 (1981)
24.91
Zurück zum Zitat M. Stutzmann, W.B. Jackson, C.C. Tsai: Phys. Rev. B 32, 23 (1985) M. Stutzmann, W.B. Jackson, C.C. Tsai: Phys. Rev. B 32, 23 (1985)
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Zurück zum Zitat C. Godet, P. Roca i Cabarrocas: J. Appl. Phys. 80, 97 (1996) C. Godet, P. Roca i Cabarrocas: J. Appl. Phys. 80, 97 (1996)
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Zurück zum Zitat H.M. Branz: Phys. Rev. B 59, 5498 (1999) H.M. Branz: Phys. Rev. B 59, 5498 (1999)
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Zurück zum Zitat K. Morigaki, H. Hikita: Solid State Commun. 114, 69 (2000) K. Morigaki, H. Hikita: Solid State Commun. 114, 69 (2000)
24.95
Zurück zum Zitat K. Morigaki, H. Hikita: J. Non-Cryst. Solids 266-269, 410 (2000) K. Morigaki, H. Hikita: J. Non-Cryst. Solids 266-269, 410 (2000)
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Zurück zum Zitat K. Morigaki, H. Hikita: Proc. Int. Conf. Phys. Semicond., ed. by T. Ando, N. Miura (Springer, Berlin, Heidelberg, New York 2000) p. 1485 K. Morigaki, H. Hikita: Proc. Int. Conf. Phys. Semicond., ed. by T. Ando, N. Miura (Springer, Berlin, Heidelberg, New York 2000) p. 1485
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Zurück zum Zitat C. Ogihara, H. Takemura, T. Yoshimura, K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 299-302, 637 (2002) C. Ogihara, H. Takemura, T. Yoshimura, K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 299-302, 637 (2002)
24.98
Zurück zum Zitat K. Morigaki, H. Hikita, H. Takemura, T. Yoshimura, C. Ogihara: Philos. Mag. Lett. 83, 341 (2003) K. Morigaki, H. Hikita, H. Takemura, T. Yoshimura, C. Ogihara: Philos. Mag. Lett. 83, 341 (2003)
24.99
Zurück zum Zitat K. Morigaki, H. Hikita: J. Non-Cryst. Solids 299-302, 455 (2002) K. Morigaki, H. Hikita: J. Non-Cryst. Solids 299-302, 455 (2002)
24.100
Zurück zum Zitat T. Gotoh, S. Nonomura, M. Nishio, S. Nitta, M. Kondo, A. Matsuda: Appl. Phys. Lett. 72, 2978 (1998) T. Gotoh, S. Nonomura, M. Nishio, S. Nitta, M. Kondo, A. Matsuda: Appl. Phys. Lett. 72, 2978 (1998)
24.101
Zurück zum Zitat Y. Zhao, D. Zhang, G. Kong, G. Pan, X. Liao: Phys. Rev. Lett. 74, 558 (1995) Y. Zhao, D. Zhang, G. Kong, G. Pan, X. Liao: Phys. Rev. Lett. 74, 558 (1995)
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Zurück zum Zitat H. Fritzsche: Solid State Commun. 94, 953 (1995) H. Fritzsche: Solid State Commun. 94, 953 (1995)
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Zurück zum Zitat R. Biswas, Y.P. Li: Phys. Rev. Lett. 82, 2512 (1999) R. Biswas, Y.P. Li: Phys. Rev. Lett. 82, 2512 (1999)
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Zurück zum Zitat K. Morigaki: Res. Bull. Hiroshima Inst. Tech. 35, 47 (2001) K. Morigaki: Res. Bull. Hiroshima Inst. Tech. 35, 47 (2001)
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Zurück zum Zitat K. Morigaki, H. Hikita, C. Ogihara: Light-Induced Defects in Semiconductors (Pan Stanford, Singapore 2014) K. Morigaki, H. Hikita, C. Ogihara: Light-Induced Defects in Semiconductors (Pan Stanford, Singapore 2014)
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Zurück zum Zitat M. Yamaguchi, K. Morigaki: Phys. Rev. B 55, 2368 (1997) M. Yamaguchi, K. Morigaki: Phys. Rev. B 55, 2368 (1997)
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Zurück zum Zitat C. Ogihara, H. Ohta, M. Yamaguchi, K. Morigaki: Philos. Mag. B 62, 261 (1990) C. Ogihara, H. Ohta, M. Yamaguchi, K. Morigaki: Philos. Mag. B 62, 261 (1990)
24.108
Zurück zum Zitat M. Yamaguchi, C. Ogihara, K. Morigaki: Mat. Sci. Eng. B 97, 135 (2003) M. Yamaguchi, C. Ogihara, K. Morigaki: Mat. Sci. Eng. B 97, 135 (2003)
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Zurück zum Zitat A.C. Gossard, M. Sundaram, P.F. Hopkins: In: Semiconductors and Semimetals, Vol. 40, ed. by A.C. Gossard (Academic, Boston, Tokio 1994), Chap. 2 A.C. Gossard, M. Sundaram, P.F. Hopkins: In: Semiconductors and Semimetals, Vol. 40, ed. by A.C. Gossard (Academic, Boston, Tokio 1994), Chap. 2
24.110
Zurück zum Zitat N.-M. Park, C.-J. Choi, T.-Y. Seong, S.-J. Park: Phys. Rev. Lett. 86, 1355 (2001) N.-M. Park, C.-J. Choi, T.-Y. Seong, S.-J. Park: Phys. Rev. Lett. 86, 1355 (2001)
24.111
Zurück zum Zitat J. Koga, K. Nishio, T. Yamaguchi, F. Yonezawa: J. Phys. Soc. Jpn. 70, 3143 (2001) J. Koga, K. Nishio, T. Yamaguchi, F. Yonezawa: J. Phys. Soc. Jpn. 70, 3143 (2001)
24.112
Zurück zum Zitat R. Ionov, D. Nesheva, D. Arsova: J. Non-Cryst. Solids 137/138, 1151 (1991) R. Ionov, D. Nesheva, D. Arsova: J. Non-Cryst. Solids 137/138, 1151 (1991)
24.113
Zurück zum Zitat R. Ionov: Ph.D. Thesis (Technical Univ., Sofia 1993) R. Ionov: Ph.D. Thesis (Technical Univ., Sofia 1993)
24.114
Zurück zum Zitat H. Hamanaka, S. Konagai, K. Murayama, M. Yamaguchi, K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 198-200, 808 (1996) H. Hamanaka, S. Konagai, K. Murayama, M. Yamaguchi, K. Morigaki: J. Non-Cryst. Solids 198-200, 808 (1996)
Metadaten
Titel
Amorphous Semiconductors: Structure, Optical, and Electrical Properties
verfasst von
Kazuo Morigaki
Chisato Ogihara
Copyright-Jahr
2017
Verlag
Springer International Publishing
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-48933-9_24

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