非晶硅

非晶硅是一種直接能帶半導體，它的結構內部有許多所謂的“懸鍵”，也就是沒有和周圍的硅原子成鍵的電子，這些電子在電場作用下就可以產生電流，並不需要聲子的幫助，因而非晶硅可以做得很薄，還有製作成本低的優點。

在70年代確實有過製備非晶硅的沸沸揚揚的高潮。事實上，非晶硅光電池已經廣為使用，例如許多太陽能計算器、太陽能手錶、園林路燈和汽車太陽能頂罩等就是用非晶硅作為光電池的基本材料的。但是目前市場上最大量使用的太陽能電池（特別是屋頂太陽能電池）仍然是晶體硅光電池而不是非晶硅光電池。

可以自由裁剪，因而可以充分利用合成的產品，不像晶體硅不能自由裁剪，製作成器件時材料磨下好多碎末，浪費很大；它的製作過程是氣相沉積（1976，Spear法）——化氫熱分解，分解時可以根據需要摻雜，如摻入磷化氫或硼化氫，由於是氣相沉積，製作工藝條件容易進行自動化控制；它還可以製成很薄很薄的薄膜，而晶體硅卻至少要達到幾百微米的厚度。這是由於晶體硅是一種間接能帶半導體，單靠光子並不能把電子激發到導帶中去產生電流，而要靠所謂聲子的幫助，這種所謂的聲子來源於晶格振動，晶體做得太薄，產生的聲子就太少，光電轉化率就太低。

非晶硅的致命缺點

一是壽命短，在光的不斷照射下會發生所謂Staebler-Wronski效應，光電轉化效率會下降到原來的25%，這本質上正是非晶硅中有太多的以懸鍵為代表的缺陷，致使結構不穩定；

二是它的光電轉化效率遠比晶體硅低。現今市場上的晶體硅的光電轉化效率為12%，最近面世的晶體硅的光電轉化效率已經提高到18%，在實驗室里，甚至可以達到29%（對比：綠色植物的葉綠體的光電轉化效率小於1%！），然而非晶硅的光電轉化效率一直沒有超過10%。

又稱無定形硅。化學性質比晶體硅活潑。可由活潑金屬(如鈉、鉀等)在加熱下還原四鹵化硅，或用碳等還原劑還原二氧化硅製得。結構特徵為短程有序而長程無序的α-硅。純α-硅因缺陷密度高而無法使用。採用輝光放電氣相沉積法就得含氫的非晶硅薄膜，氫在其中補償懸掛鏈，並進行摻雜和製作pn結。非晶硅在太陽輻射峰附近的光吸收係數比晶體硅大一個數量級。禁帶寬度1.7～1.8eV，而遷移率和少子壽命遠比晶體硅低。現已工業應用，主要用於提煉純硅，製造太陽電池、薄膜晶體管、複印鼓、光電感測器等。

目前研究得最多，實用價值最大的非晶態半導體主要有兩類：即非晶態硅和硫屬半導體。特別是非晶態硅，在理論上和應用方面的研究都非常活躍。

晶態硅自50年代以來，已研製成功名目繁多、功能各異的各種固態電子器件和靈巧的集成電路。非晶硅（a—Si∶H）是一種新興的半導體薄膜材料，它作為一種新能源材料和電子信息新材料，自70年代問世以來，取得了迅猛發展。非晶硅太陽能電池是目前非晶硅材料應用最廣泛的領域，也是太陽能電池的理想材料，光電轉換效率已達到13%，這種太陽能電池將成為無污染的特殊能源。1988年全世界各類太陽能電池的總產量35.2兆瓦，其中非晶硅太陽能電池為13.9兆瓦，居首位，佔總產量的40%左右。與晶態硅太陽能電池相比，它具有製備工藝相對簡單，原材料消耗少，價格比較便宜等優點。

非晶硅的用途很多，可以製成非晶硅場效應晶體管；用於液晶顯示器件、集成式a—Si倒相器、集成式圖象感測器、以及雙穩態多諧振蕩器等器件中作為非線性 器件；利用非晶硅膜可以製成各種光敏、位敏、力敏、熱敏等感測器；利用非晶硅膜製做靜電複印感光膜，不僅複印速率會大大提高，而且圖象清晰，使用壽命長；等等。目前非晶硅的應用正在日新月異地發展著，可以相信，在不久的將來，還會有更多的新器件產生。

非晶硅的製備：由非晶態合金的製備知道，要獲得非晶態，需要有高的冷卻速率，而對冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態快速淬火的方法目前還無法得到非晶態。近年來，發展了許多種氣相澱積非晶態硅膜的技術，其中包括真空蒸發、輝光放電、濺射及化學氣相澱積等方法。一般所用的主要原料是單硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，純度要求很高。非晶硅膜的結構和性質與製備工藝的關係非常密切，目前認為以輝光放電法製備的非晶硅膜質量最好，設備也並不複雜。以下簡介輝光放電法。

輝光放電法是利用反應氣體在等離子體中發生分解而在襯底上澱積成薄膜，實際上是在等離子體幫助下進行的化學氣相澱積。等離子體是由高頻電源在真空系統中產生的。根據在真空室內施加電場的方式，可將輝光放電法分為直流電、高頻法、微波法及附加磁場的輝光放電。在輝光放電裝置中，非晶硅膜的生長過程就是硅烷在等離子體中分解並在襯底上澱積的過程。對這一過程的細節目前了解得還很不充分，但這一過程對於膜的結構和性質有很大影響。

硫屬半導體是S、Se或Te的金屬化合物，或這幾種化合物的混合物。這類材料在性質上屬於半導體材料，但又象玻璃一樣是非晶態。為與一般氧化物玻璃和結晶半導體相區別，故把它們稱為玻璃半導體。又因為它們的主要成份是周期表中的硫屬元素，故又稱為硫屬半導體，或叫硫屬玻璃。硫屬半導體的品種很多，迄今研究得比較充分的硫屬半導體有As2S3、As2Se3、As2Te3及As2Se3—As2Te3、As2Se3—As2Te3—Te2Se等。硫屬半導體的應用主要是基於它在光、熱、電場等外界條件作用下引起的性能和結構變化。可用於製作太陽能電池、全息記錄材料、光—電記錄材料、複印機感光膜、硫屬玻璃光刻膠等。