silicio amorfo
silicio amorfo
Forma allotropica non cristallina del silicio. Se molti semiconduttori in fase cristallina presentano atomi posti in posizioni spaziali regolari e ripetitive a formare un reticolo periodico, alcuni semiconduttori come il silicio e il germanio possono anche assumere una forma amorfa, con perdita della periodicità della struttura e del corrispondente ordine a lungo raggio (mentre viene mantenuto l’ordine a corto raggio). In alcuni punti della struttura le deformazioni risultano talmente forti da non permettere il mantenimento di legami stabili: si formano così legami non saturati o pendenti (dangling bonds) che, comportandosi da centri di cattura e ricombinazione dei portatori di carica, degradano fortemente la qualità elettronica del materiale. Tali difetti possono essere eliminati introducendo idrogeno atomico nella struttura, che satura i legami pendenti e permette il recupero delle proprietà elettroniche del semiconduttore. Si ottengono così i semiconduttori amorfi idrogenati. Il silicio amorfo idrogenato (a-Si:H) può essere preparato sotto forma di strato sottile mediante varie tecniche, la più efficace delle quali risulta essere la deposizione mediante decomposizione in plasma di composti gassosi contenenti silicio e idrogeno (per es., silano SiH4). Grazie alla saturazione dei difetti effettuata dall’idrogeno, il silicio amorfo può essere drogato efficacemente sia in modo n sia in modo p, aggiungendo alla miscela gassosa di partenza specie contenenti fosforo o boro, come fosfina (PH3) o diborano (B2H6). La diversa struttura di un semiconduttore amorfo rispetto a uno cristallino dà luogo a notevoli differenze nel comportamento elettronico del materiale. Il materiale amorfo non presenta, come il cristallino, una zona di energia proibita agli elettroni tra la banda di valenza e la banda di conduzione, bensì una distribuzione quasi continua di stati localizzati, legati alle fluttuazioni delle distanze interatomiche e degli angoli di legame e alla presenza dei legami insaturi. A temperatura ambiente e al buio, la conducibilità del silicio amorfo non drogato è molto bassa, ma può aumentare di vari ordini di grandezza per effetto termico e luminoso (fotoconducibilità). Il maggiore aumento di conducibilità (fino a 10 ordini di grandezza) si ha nei materiali drogati contenenti nella loro struttura fasi nanocristalline. Tutto ciò, unito ai bassi costi di preparazione, rende i semiconduttori amorfi idrogenati largamente usati nel campo dell’elettronica di consumo. Con strati sottili di silicio amorfo sono per esempio realizzati i moduli fotovoltaici integrati di nuova generazione, gli schermi piatti a cristalli liquidi, i lettori di immagine utilizzati nelle macchine facsimile o i tamburi fotosensibili impiegati nelle fotocopiatrici. (*)