Anomalous enhancement in radiation induced conductivity of hydrogenated amorphous silicon semiconductors

水素化アモルファスシリコン半導体における放射線誘起電気伝導の異常増大

佐藤 真一郎; 齋 均*; 大島 武; 今泉 充*; 島崎 一紀*; 近藤 道雄*

Sato, Shinichiro; Sai, Hitoshi*; Oshima, Takeshi; Imaizumi, Mitsuru*; Shimazaki, Kazunori*; Kondo, Michio*

水素化アモルファスシリコンは耐放射線性光デバイス材料の候補として期待されているが、照射効果については明らかになっていない点が多い。デバイスグレード水素化アモルファスシリコン薄膜に10MeV陽子線を照射しながら暗状態でその間の電気伝導度を測定したところ、照射量の増大に伴って電気伝導度が劇的に上昇した。しかし、/cmを超えたあたりから電気伝導度は減少し始め、高照射量域では一定値となった。光照射を行いながら同様の実験を行ったところ、ほぼ同様の傾向を示したが、両者の電気伝導度の比を取ると、電気伝導度が最大になる付近でほぼ1になることがわかった。通常、光照射下では光励起によるキャリアが電気伝導を担うため、暗状態よりも高い電気伝導度を示すが、それが起こらなかったということは励起されたキャリアが電気伝導の主因にはなっていないということであり、ドナー中心が一時的に生成していることを意味する。照射直後の熱起電力測定の結果からも同様の結論を示唆する結果が得られた。さらに、/cm以上の高照射量域ではドナー中心が消失しているために電気伝導度の減少が見られることも判明した。

Electric conductivity variations of undoped hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) semiconductors induced by swift protons are investigated. The results show that the conductivity drastically increases at first and then decreases on further irradiation. The conductivity enhancement observed only in the low fluence regime lasts for a prolonged period of time when proton irradiation stops in this fluence regime. On the other hand, the photosensitivity has a minimum value around the conductivity peak. This fact indicates that non-equilibrium carriers do not play a dominant role in the electric conduction in this fluence regime. It is found that the anomalous conductivity enhancement is dominated by donor center generation in the low fluence regime. At higher fluences the variation in electric conductivity becomes dominated by non-equilibrium carriers as the generated donor centers disappear. This is a general interpretation of radiation induced conductivity in semiconductors.