價(jià)補(bǔ)鈍化

“價(jià)補(bǔ)（valence mending）”的概念是Kaxiras提出的，旨在解除半導(dǎo)體表面的懸空鍵。對(duì)于Si(100)表面，價(jià)補(bǔ)是用硫或硒的單原子層實(shí)現(xiàn)的。在新生Si(100)表面，每一表面原子占據(jù)二個(gè)懸空鍵，如圖1(a)所示。這些懸空鍵是表面態(tài)的起源，它們釘扎表面費(fèi)米能級(jí)。在金屬/Si界面，費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)使肖特基勢(shì)壘高度與金屬功函數(shù)沒什么關(guān)系，主要受表面態(tài)（或更恰當(dāng)?shù)卣f是界面態(tài)）的控制。硫或硒的單原子層淀積在Si(100)表面時(shí)，它們?cè)诙€(gè)Si原子間橋接，很好地中止了Si(100)上的懸空鍵，如圖1(b)所示。我們已有論文報(bào)道過硫或硒用于Si(100)表面的價(jià)補(bǔ)鈍化，然而，對(duì)于萬億瓦級(jí)光伏應(yīng)用，硫比硒豐富得多。



電學(xué)上，中止Si(100)表面上的懸空鍵使表面態(tài)最小化，這一直是巴丁時(shí)代以來半導(dǎo)體技術(shù)最為精彩的一頁。使表面態(tài)最小的重要結(jié)果是莫特-肖特基（Mott-Schottky）理論將被更嚴(yán)格遵守，即金屬與Si之間的肖特基勢(shì)壘高度將主要由金屬功函數(shù)與Si電子親和勢(shì)決定。在n型價(jià)補(bǔ)后的Si(100)表面上淀積低功函數(shù)金屬就能實(shí)現(xiàn)低肖特基勢(shì)壘。我們?cè)谟蠥l 的Se鈍化n型Si(100)表面上展示了創(chuàng)紀(jì)錄低的肖特基勢(shì)壘。

實(shí)驗(yàn)是在低劑量1015cm-3Sb摻雜n型Si(100)硅片上進(jìn)行的。鈍化后，在硅片上用電子束蒸發(fā)和剝離（lift-off）工藝制作直徑200μm的Al圓點(diǎn)。重要的是，鈍化后的濺射工藝要緩和，因?yàn)闉R射淀積能破壞鈍化層。圖2說明確定Se鈍化n型Si(100)上Al勢(shì)壘高度的激活能測量，以及斜率給出的勢(shì)壘高度。取決于偏壓，勢(shì)壘高度在0.06-0.10eV間變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Al/n型Si接觸長期建立的值0.72eV。



創(chuàng)紀(jì)錄低的勢(shì)壘高度應(yīng)導(dǎo)致Al和n型Si間極低的接觸電阻。輕摻雜與重?fù)诫sSi的接觸電阻分別由下面二式給出：



任一情況中，接觸電阻是勢(shì)壘高度的指數(shù)函數(shù)。例如，Si中摻雜為1×1019cm-3時(shí)，勢(shì)壘高度從0.6到0.4 eV適度地減少0.2eV就使接觸電阻降低4個(gè)數(shù)量級(jí)！這就是降低n型Si上肖特基勢(shì)壘能大大減少接觸電阻的原因。低接觸電阻對(duì)接觸面積有限的指形電極是很重要的。它也能緩解由于Al電阻率較高而造成的指形電極電阻增加。更加重要的是，低接觸電阻能在輕摻雜Si上實(shí)現(xiàn)，提供了硅片電池設(shè)計(jì)更多靈活性。