Electronic transport transition of hydrogenated amorphous silicon irradiated with self ions

自己イオン照射による水素化アモルファスシリコンの電子輸送遷移

佐藤 真一郎; 大島 武

Sato, Shinichiro; Oshima, Takeshi

自己イオンである、陽子線及びシリコン照射による水素化アモルファスシリコン薄膜の電気伝導度変化について調べ、変化を引き起こすメカニズムを系統的に明らかにした。低フルエンス領域ではドナー型欠陥の生成に伴う電気伝導度及び光伝導度の上昇が起こるが、これは照射量を増やすとすぐに消失する。さらに照射を続けると、これらは深い準位の欠陥の蓄積に伴ってキャリア寿命の減少及び多数キャリア濃度の減少が起こり、むしろ減少に転じる。その後光伝導はほぼ完全に消失するが、さらに照射量を増やすと、今度は暗伝導度が劇的に上昇し始める。この高フルエンス領域での電気伝導度の上昇は、深い準位の欠陥の過剰な蓄積に伴うキャリアのホッピング遷移に起因しており、これはイオン照射によって支配的な電気伝導メカニズムがバンド伝導からホッピング伝導へと変化したことを意味している。こうした一連の変化の現れ方は照射するイオン種によって異なるが、それは核的エネルギー付与と電子的エネルギー付与の比率の違いによって解釈できることが判明した。

Electric conductivity variations of hydrogenated amorphous silicon due to self-ion irradiation are comprehensively investigated. The anomalous enhancement of dark conductivity (DC) and photoconductivity (PC) are firstly observed due to proton irradiation, and after that both decrease with increasing the irradiation fluence. The decrease in DC and PC is ascribed to the carrier removal effect and the carrier lifetime decrease accompanied by accumulation of dangling bonds, respectively. However, further irradiation causes the loss of photoconduction and the drastic increase in DC. This indicates that the dominant conduction mechanism changes from the band transport to the hopping transport due to excessive accumulation of dangling bonds. It is concluded that the conductivity variations caused by self-ion irradiation can be systematically categorized according to the ratio of the nuclear energy deposition to the electronic energy deposition of incident ions.