アモルファスシリコンにおける深い不純物準位の水素不純物による不活性化機構の解明

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03640291
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 吉田 博 東北大学, 理学部, 助手 (30133929)
• キーワード: アモルファスシリコン / 深い不純物 / 水素不純物 / 第一原理分子動力学

研究概要

アモルファスシリコンをつくる場合に、多量の水素原子を添加する。その役割を解明するために、モデルではなく現実に近い系で、第一原理に立脚した分子動力学法によって、アモルファスシリコンを計算機の中につくり、その中で水素原子を拡散させながら水素不純物と複数のダングリングボンドを含む系での安定な構造配置と電子状態を決定した。その結果、アモルファス化によってできたシリコンのダングリングボンドと添加された水素原子が強く結合しSi-H結合をつくりダングリングボンドによる深い不純物準位を不活性化する。また、アモルファスシリコン中を水素原子が拡散しながら、水素原子が媒介となってシリコンのダングリングボンドとダングリングボンドを連結し、Si-H-Siからなる3中心結合をつくる。Si-H-Siからなる3中心結合はHを中心にして10度くらいはまげることができるので、これによって構造が柔らかくなることが分かった。また、3配位を持つシリコンと5配位を持つ浮遊ボンドをもつシリコンが存在する。これらの計算結果に基づいて、アモルファス中の水素原子の拡散機構と深い不純物準位の水素による不活性化機構が解明された。

研究成果

• [文献書誌] T.Sasaki: "Electronic Structure and Stability of an Impurity Atom of Li in ZnSe." Proceedings of 20-th International Conference on the Physics of Semiconductors World Scientific Pub.561-565 (1991)
• [文献書誌] T.Sasaki: "Electronic Structure Calculation for Materials Design." Proceedings of International Conference on Computer Application to Materials Science and Engineering,CAMSE90,Elsevier Science Pub.
• [文献書誌] 169-177 (1991)
• [文献書誌] K.Terakura: "Hyperfine Interactions for Impurities in Semiconductors." Suppliment of Prog.Ther.Phys.101. 79-104 (1991)
• [文献書誌] H.Katayama-Yoshida: "Theory of the Self-compensation in p-type ZnSe" J.of Crys.Growth. 119. 625-632 (1992)
• [文献書誌] C.Kaneta: "Atomic Configuration,Stabilizing Mechanisms,and Impurity Vibrations of Carbon-oxygen Complexes in Crystalline Silicon," Phys.Rev.B46. B46. 13179-13184 (1992)
• [文献書誌] H.Katayama-Yoshida: "Electronic Structure of Spontaneous Superlattice Structure in Compound Semiconductors." Oyobutsuri(in Japanese). 61. 809-813 (1992)