4 Optische Eigenschaften des strukturier - JUWEL ...

2. Grundlagen
Die elektrischen Eigenschaften amorpher Filme hängen empfindlich von der Dichte und der
energetischen Verteilung der lokalisierten Zustände ab. Diese Zustände bestimmen den detaillierten
Verlauf der Absorptionskante, den Ladungstransport, die Dotierbarkeit, die Lebensdauern
und die Diffusionslängen der Ladungsträger. Da in a-Si:H die Erhaltung des
Wellenvektors aufgehoben ist, verhält sich das Material wie ein direkter Halbleiter. Dadurch
wird die Absorptionswahrscheinlichkeit von Photonen stark erhöht. Daraus ergibt sich ein
Absorptionskoeffizient, der für sichtbares Licht mit Photonenenergien über 2,0 eV um einen
Faktor 10 – 100 größer als bei kristallinem Silizium ist. Nahezu das gesamte einfallende Licht
dieser Energien wird schon bei Schichtdicken unter 1 µm absorbiert.
� (cm -1 )
10 5
10 3
10 1
10 -1
a-Si:H
�c-Si:H
c-Si
0.5 1.0 1.5
E (eV)
2.0 2.5
Abbildung 2.4: Vergleich typischer Absorptionsspektren von a-Si:H, µc-Si:H und c-Si in Abhängigkeit von der
Photonenenergie E. (� = Absorptionskoeffizient).
2.2 Mikrokristallines Silizium
Mikrokristallines Silizium (µc-Si:H) ist ein indirekter Halbleiter, der die Vorteile der elektronischen
Struktur des kristallinen Siliziums mit den Vorzügen der Dünnschichttechnologie
verbindet. Die Absorption (siehe Abbildung 2.4) im Bereich hoher Energien (> 1.8 eV) ist
geringer als beim a-Si:H. Im Vergleich mit a-Si:H hat µc-Si:H eine kleinerer Bandlücke von
etwa 1.1 eV. Daher setzt die Absorption schon für Energien oberhalb ab 1.1 eV ein. Eine Beschreibung
der optoelektronischen Eigenschaften von µc-Si:H findet sich in [15, 16, 17, 19,
44].
Mikrokristallines Silizium besteht aus einem heterogenen Phasengemisch von kristallinem
und amorphem Silizium sowie Korngrenzen und Hohlräumen. Für praktische Anwendungen
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