アモルファス・シリコンの中距離構造の制御と新機能創成

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11120215
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 清水 勇 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (40016522)
• 研究分担者: 神谷 利夫 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助手 (80233956) ; フォードマン、チャールズ マイケル 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (70293066)
• キーワード: 化学アニーリング法 / a-Si:H膜 / アバランシェ増倍効果 / ビディコン型撮像素子 / 中距離構造 / 非線形現象 / ブロッキング電流 / リーク電流

研究概要

CA法によってa-Si:Hのバンドギャップを1.48〜2.1eVまで制御幅を拡げることに成功した。1.52eVのバンドギャップを持つ膜を用いてテクスチャ基板上に太陽電池を試作し、昨年度までよりも長波長感度が改善されることを確認した。
また、CA法で作製した高品質ワイドギャップ(Eg=1.9eV)a-Si:H膜を用いて、アモルファスシリコンによるアバランシェ増倍効果発現の試みを昨年度に引き続き行った。デバイス構造としては、正孔のブロッキング層として最適であったn型a-Si:H(PH_3/SiH_4=250ppm、膜厚200nm)を用いた。電子のブロッキング層としては、Ptを用いたSchottky障壁、p型a-Si:H、Sb_2S_3およびa-SiN:Hを用いてブロッキング特性評価を行った。
最終的に、a-SiN:Hを用いることで逆バイアス印加電界を>8x10^5V/cmにまで向上させることに成功した。しかしながら、この場合でもPt、p-type a-Si:H、Sb_2S_3などを用いた場合と同様、高電界の逆バイアス印加による大きなリーク電流が認められ、その絶対値はほとんど変化していなかった。このことは、(1)CA法、220℃に作製したi層上に作製するため、a-SiN:Hの作製温度が220℃と低く、ブロッキング層として十分に高品質ではない、(2)暗電流のリークがa-SiN:H側界面によってのみ決定されているのではなく、n/i界面側にも原因が有るなどの可能性を示唆している。また、複数のブロッキング層を1製膜室で作製せざるをえないため、ブロッキング層に不純物が混入することで欠陥密度が比較的高くなっている可能性も残る。以上のことから、さらに高電界印加を可能にし、アバランシェ増倍を実現するためには、(i)正孔のブロッキング層の再検討、(ii)n/i界面の高品質化、(iii)3つ以上の製膜室を持ち、不純物混入を極力避けられる作製装置の検討が必要とか返えられた。

研究成果

• [文献書誌] Wataru Futako, Toshio Kamiya, C.M. Fortmann, Isamu Shimizu: "The structure of 1.5 to 2.1 eV band gap amorphous silicon films prepared by chemical annealing"J. Non-Cryst. Solids, in print. (2000)
• [文献書誌] I. Shimizu: "Formation of Stable Si0network at Low Ts by Controlling Chemical Reaction at Growing Surface"Technical digest of 11th International Photovoltaic Science and Engineering Conference. 181-184 (1999)
• [文献書誌] H. Sato, K. Fukatani, W. Futako, T. Kamiya, C.M. Fortmann, I. Shimizu: "High quality narrow gap (〜1.52eV) a-Si : H with Improved stability fabricated by excited inert gas treatment"Technical digest of 11th International Photovoltaic Science and Engineering Conference. 789-790 (1999)
• [文献書誌] K. Ohkawa, I. Shimizu, H. Sato, K. Komaru, T. Kamiya, C.M. Fortmann: "Stability of a-Si : H solar cells deposited by Ar-Treatment or by ECR techniques"Technical digest of 11th International Photovoltaic Science and Engineering Conference. 403-404 (1999)
• [文献書誌] W. Futako, K. Yoshino, C.M. Fortmann, I. Shimizu: "Wide band gap amorphous silicon thin films prepared by chemical annealing"J. Appl. Phys.. 85. 812-818 (1999)