Ion irradiation effects on electric properties of hydrogenated amorphous silicon thin films

イオン照射による水素化アモルファスシリコン薄膜の電気特性変化

佐藤 真一郎; 大島 武

Sato, Shinichiro; Oshima, Takeshi

イオン照射が水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)薄膜の電気伝導機構に及ぼす影響を調べた。100keV陽子線を照射すると、深い準位の欠陥が蓄積することによって暗伝導度及び光伝導度が減少したが、さらに照射を続けると、10cm以上では、暗伝導度の急激な上昇と光伝導の消失が起こった。そこで、1.110cm照射後の暗伝導度の温度依存性を調べると、深い準位の状態密度が大きく増加し、それらを介したホッピング伝導が生じていることがわかった。しかし、温度を300K以上にすると、そのホッピング伝導は急激に消失し、再びバンド伝導が支配的になった。照射後に熱処理を行うと、バンド伝導に基づく温度依存性を示すが、暗伝導度は照射前よりもかなり低い値を示した。これは、熱処理によっても消失しない欠陥の存在を意味しており、照射効果がa-Si:Hでよく見られる光照射劣化とは全く異なっていることが明らかとなった。

The dominant electronic conduction mechanism of hydrogenated amorphous silicon thin films changes from the band transport to the hopping transport due to ion irradiation. Dark conductivity (DC) and photoconductivity (PC) variations as a function of 100 keV proton fluence, and variations of temperature dependence of DC due to 100 keV proton irradiation are investigated. The decrease in DC and PC due to reduction of the band transport is observed at the fluence of less than 10 cm, and the drastic increase in DC and the loss of photoconduction due to enhancement of the hopping transport are observed in the high fluence regime. However, the hopping transport easily disappears at above 300 K and after that, the band transport dominates the electric conduction again. The conductivity based on the band transport after irradiation is not completely restored even after thermal annealing, indicating that thermally stable dangling bonds remain.