必威体育精装版半导体材料与器件复习.ppt

摩尔定律 当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。 二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破： 1954年, Chapin、 Fuller 和 Pearson美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池。 半导体材料与器件-四川大学 半导体材料与器件-四川大学 半导体材料与器件-四川大学 半导体材料与器件-四川大学 * * 有机半导体材料是制造有机太阳能电池的基础。有机半导体分子结构的主要特征具有一个较长的离域共轭结构，它们可以是小分子，也可以是高分子。 共轭效应 (conjugated effect) ，又称离域效应，是指由于共轭π键的形成而引起分子性质的改变的效应。 电致发光(Electroluminescent)，又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。 如前所述，当有机半导体材料吸收光子，其pi轨道上的电子就会跃迁到pi*反键轨道上。仍然与无机半导体不同的是，被激发后的电子仍旧与所在分子紧密结合，并不能像无机半导体内的激发电子一样自由运动。此时被激发的分子中含有一个能量较高的电子，这就可以理解为一对正负电荷以库仑力结合在一起。这样的分子称为“激子（Exciton）”。 激子的存在亦是有机半导体的重要特征，也是有机太阳有电池与无机太阳能电池的最显著区别，因此也有人将有机太阳能电池称为“激子型太阳能电池（Excitonic solar cells）”。 有机太阳能电池技术简介 （2）有机太阳能电池的结构 邓青云和他的有机太阳能电池 非晶态与液态半导体 非晶态与液态半导体 相对于晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。 光致衰退效应，light-induced degradation也称S-W效应。a-Si:H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski效应。 光致衰减区域 对S-W效应的起因，至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制也尚无定论，成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题。 总的看法认为，S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级)，这种缺陷态会影响a-Si:H薄膜材料的费米能级EF的位置，从而使电子的分布情况发生变化，进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大、寿命下降。 在a-Si:H薄膜材料中，能够稳定存在的是Si-H键和与晶体硅类似的Si-Si键，这些键的键能较大，不容易被打断。由于a-Si:H材料结构上的无序，使得一些Si-Si键的键长和键角发生变化而使Si-Si键处于应变状态。 为了更好地理解S-W效应产生的机理并控制a-Si∶H薄膜中的悬挂键，以期寻找稳定化处理方法和工艺。20多年来，国内外科学工作者进行了不懈的努力，提出了大量的物理模型，主要有弱键断裂(SJT)模型、“H玻璃”模型、H碰撞模型、Si-H-Si桥键形成模型、“defect pool”模型等,但至今仍没有形成统一的观点。 为了减少光致衰减的影响，通常会将非晶硅材料做成非晶硅/非晶硅双结结构。其中第一结非晶硅用于吸收短波段的光波，第二结用于吸收长波波段。 减少光致衰减的措施 使用微晶硅材料来代替第二结的非晶硅会更好的解决光致衰减效应，同时又增加对长波段光的吸收来提高器件的转换效率，但昂贵的设备价格却使得微晶硅的大规模生产受到了限制。? 微晶硅薄膜是介于非晶硅和单晶硅之间的一种混合相无序半导体材料，既具有单晶硅稳定的光学性质，又有非晶硅的高吸收系数特性，并有较高的电导率、无明显光致衰退现象、易实现大面积制备、有利于提高电池的稳定性、延长电池寿命等优点。 当原子排列的有序程度高于非晶体，即具有一定的长程有序性，但一个长程有序的延续只在纳米的量级时，材料会呈现一些有趣的奇异性质，人们把具有这种结构特征的半导体称为精细结构半导体。 在一个有限区域内，具有长程有序的半导体称为精细结构半导体 半导体超晶格(superlattice in semiconductor) 由两种或两种以上组分不同，或导电类型不同的纳米级超薄层(层厚10-1～10nm)材料交替地外延生长在一起所形成的多周期结构，具有这种结构的材料是一类人工改性的新的半导体材料。 磁性半导体（Magnetic semiconductor） 是一种同时体现铁磁性和半导体特性的半导体材料。 主讲人：吴家刚 TEL