2.3 非晶硅薄膜的微观结构、化学键及缺陷态

物质的各种物理性能与它们的微观结构密切相关。我们比较熟悉的是晶态半

导体，它的最基本的特征是组成物质的原子或分子具有周期性排列。这种周期性
排列，称为长程有序性。非晶态半导体与晶态半导体的根本区别在于它不具有长
程有序性，只具有短程有序性，即每一原子周围最近邻原子数与晶体中一样是
确定的，而且这些最近邻原子的空间排列仍大体上保留了晶体的特征。

a-Si:H 中

每一硅原子周围具有四个最近邻硅原子，而且它们大体上仍保持单晶硅中的四
面体结构配位形式，只是键角和键长发生了一些变化。我们制备的

非晶硅薄膜都

是由非晶、晶态、非晶和晶态界面构成的，只是比例的不同。非晶态的短程有序性
决定了薄膜材料的能带结构、电导、热导、光学性质等性质

[1]

。

图

2-1 Si-H 的网络结构

图

2-2 非晶硅薄膜的缺陷

非晶态半导体除了具有上述的短程有序而长程无序的基本特征外，另一个

基本特征是它的亚稳性。非晶态半导体并不是处在平衡态，而是处于非平衡态，
其自由能要比晶体的高，也就是说非晶态半导体在热力学上是处于亚稳状态。非
晶态固体如果受到热激活或其它外来因素作用，它的结构可能发生局部的变化，
同时伴有自由能的降低。这也是退火能使非晶态固体性质发生变化的原因。对于
大多数菲晶态半导体，其组成原子都是由共价键结合在一起的，形成一种连续
的共价键无规则网络，并且结构本身适应这样的方式，以使所有的价电子都束