Наиболее существенным эффектом, связанным с легированием a-Si:H, является изменение его проводимости на шесть-десять порядков при кон­тролируемом введении примесей бора или фосфора [23], [25]-[30].

Наиболее распространенное объяснение механизма легирования a-Si:H заключается в изменении электрических свойств, вызыванных в основном переменой степени заполнения состояний в щели подвижности. При этом ус­ловии электрическая активность вводимых примесей и смещение уровня Фер­ми под действием добавок пропорциональны величине N^/g(Ef), где Nd — концентрация примеси; g(Ef) — плотность состояний на уровне Ферми ле­гируемого образца. Другими словами, механизм легирования связан с тем, что избыточные электроны и дырки, вносимые примесями, заполняют со­стояния в середине щели подвижности, действуя как компенсирующая при­месь для глубоких уровней. После заполнения всех состояний дополни­тельное легирование приводит к сдвигу уровня Ферми в направлении к зо­нам. Очевидно, что при фиксированной величине Nd сдвиг уровня Ферми тем меньше, чем выше исходная плотность состояний на уровне Ферми. В негидрогенизированном a-Si плотность g(Ef) достигает 10І9…1020 см-3.

Предельная растворимость примесей в кремнии составляет ~102° см-3, из-

за чего этот материал практически не легируется, т. е. не меняется ни вели-

57

чина, ни тип проводимости. В a-Si:H атомы водорода пассивируют оборван­ные связи, значительно уменьшая плотность дефектов до 1015…1016 см-3, что позволяет осуществлять его легирование.