The effects of the temperature shift of Fermi level $E_F$ on the conductances of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) were studied by model calculations, with the assumption that a single density-of-states distribution is valid in a sample.
A numerical method was devised to calculated the temperature-shift of Fermi level at any temperature with any density-of-states distribution. Using this method, the conductivities of a-Si:H were calculate with two types of experimentally determined density-of-states model with the negatively charged dangling-bond band located at 0.9eV below the mobility edge $E_c$ can explain, at least in part, some features of anomalous transport phenomena of n-type samples, such as the kinks or bendings of log conductivity vs. inverse temperature curves and the Meyer-Neldel rule. No matter what type of density-of-states was chosen, the shift of Fermi level has been found to be generally nonlinear, and large in magnitude, since the density-of-states in a-Si:H is a rapidly varying function of energy. So one should always take the shift of Fermi level into account, in the analysis of transport data in a-Si:H.
Related to this point, the validity of the zero-temperature statistics in a-Si:H was discussed. It was explicitly shown that one would get erroneous values of density-of-states, if one used the zero-temperature statistics in obtaining it from experimental data.
Finally, the temperature-dependence of field-effect conductance was simulated. To do this, a numerical method was developed, for the first time, which can calculate the shift of Fermi level and the variation of potential profile with temperature, when bands are bent. The apparent pre-exponential factors were found to satisfy the Meyer-Neldel rule with the slope similar to experimental values, although it was assumed that a single conductivity prefactor is valid in a sample. Thus it is concluded that the Meyer-Neldel rule may not be a local property, as some scientists thought, but apparently satisfied because of the shifts of Fermi level and potential profiles in the sample with temperature.
비정질규소의 전기전도도에서 Fermi 준위의 온도이동이 미치는 영향을 수치해석으로 연구하였다. 본 논문에서는 비정질규소의 전기전도가 extended states에서만 일어난다고 가정했다.
Fermi 준위의 온도이동을 구하기 위하여 수치적인 방법을 개발했으며, 이 방법을 사용하면 어떠한 상태밀도가 주어지더라도 임의의 온도에서 Fermi 준위를 구할 수 있다. 실험적으로 구해지는 비정질규소의 상태밀도는 두가지 유형이 있는데 그중 dangling bond의 위치가 전도대의 mobility edge에서 약 0.9 eV에 위치하는 것을 택하여 Fermi 준위의 이동과 전기전도도를 구한 결과, 실험에서 나타나는 전도도곡선의 꺾임이나 휨, Meyer-Neldel 규칙을 설명할 수 있었다. 또한 이와 관련하여 절대영도 통계가 비정질규소의 상태밀도에 적용되기에는 부적합함을 보였다.
아울러 장효과전도의 경우에서, 시료내의 Fermi 준위와 potential의 온도변화를 구하는 수치적 방법을 고안했다. 전기전도도의 prefactor가, 이 경우 시료내의 band-bending에 따라 달라지지 않는다고 가정하고 온도에 따른 장효과전도를 계산한 결과 Meyer-Neldel 규칙이 Fermi 준위와 potential의 온도변화로 설명될 수 있음을 보였다. 따라서 실험적으로 나타나는 Meyer-Neldel 규칙이 국제적인 성질은 아닐 것이라고 추정했다.
