Bias- and photo-induced metastabilities in the electrical conductance of doping-modulated npnp hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) superlattices have been studied.
During the application of a bias-voltage, the conductance in both coplanar and transverse directions changes with time and reaches a steady-state value specific to each bias-voltage. These changes under bias proceed faster at higher temperatures. The electronic transport takes place through the diffusion over the potential barrier in the transverse direction for the npnp multilayer with moderate n- and p-layer doping concentration. The tunneling current through the localized states in the gap is dominant for the multilayer with a p-layer of high doping concentration. The currents through the localized gap states in the transverse direction increase after high voltage-bias annealing. These bias-induced metastable states in both coplanar and transverse conductances are recovered by zero-bias annealing indicating that the density of dangling bonds in p and n-layers increases during the bias annealing.
Light-induced metastable excess conductance, called persistent phtoconductivity(PPC), is also observed in both compensated and multilayered a-Si:H films. In compensated a-Si:H films, single carrier injection was performed using Schottky barrier structures. Only hole injection can give rise to the PPc in compensated films, with the result that the PPC is not a recombination-enhanced effect. A correlation between the magnitude of the PPC and the defect density measured by the constant photocurrent method is observed. On the basis of the experimental results, a hole-induced doping efficiency change is proposed as the origin of the PPC in compensated films. In a-Si:H npnp multilayers, the decay of the PPC exhibits a stretched-exponential form, arising from the dispersive diffusion of hydrogen. The annealing temperature of the PPC is similar to the thermal equilibrium temperature in players. And only the multilayers which are not fully depleted show large PPC effect. These results suggest that the PPC observed in multilayers is probably due to the excess hole-induced doping efficiency decrease in p-layers. This doping efficiency decrease, which lowers the effective density of states in p-layers, and the built-in potential, results in the decrease of the depletion width in n-layers producing the excess conductivity in multilayers.
비정질 규소 초격자 시료의 전기전도도에서 발견되는 전기장 및 빛에 의한 준안정상태들에 대하여 연구하였다.
전기장이 가하여지면, 전기전도도는 시간에 따라 서서히 변화하여 각 전기장에 대응하는 정상상태의 값에 도달한다. 그리고 이와같은 시간에 따른 전도도의 변화는 온도가 높을 수록 빠르게 나타난다. 층에 수직인 방향의 전기전도에서는, 내부 포텐셜 장벽을 넘는 전도가 전기장과 함께 열처리한 후 국재상태들을 통한 전도로 전자 수송 메카니즘이 바뀌게 된다. 이러한 준안정성을 전자-양공의 재결합에 의한 댕글링 본드 생성으로 설명하였다.
빛에 의한 준안정성(잔류 광전기전도도) 현상은 빛을 가한후 암전기전도도가 증가되는 현상으로 초격자 시료와 보상된 비정질 규소에서 발견되었다.보상된 비정질 규소에서의 잔류광전기전도도 현상은 시료내에 생성된 양공의 밀도에 의해서 크기가 결정되며, 생성되는 결함의 밀도와 관계를 갖는다. 이런 결과로부터 보상된 비정질 규소에 발견되는 준안정성은 양공에 의한 도핑효율의 변화로 설명하였다. 그리고 초격자 시료의 잔류광전기전도도 현상의 원인으로 생성된 양공에 의한 보론이 도핑된 규소층의 도핑효율감소를 제시하였다. 도핑효율감소에 의해 상태밀도가 감소하며 그에 따라 인이 도핑된 규소층의 공핍 영역이 감소한다. 그러므로 초격자 시료의 암전기전도도가 증가하게 된다. 이 모델로 대부분의 실험 결과들이 설명되어질 수 있다.
