Rev. Phys. Appl. (Paris) 13, 176-179 (1978)
DOI: 10.1051/rphysap:01978001304017600

Dopage du Si amorphe par la méthode de pulvérisation cathodique et propriétés de transport des couches dopées au P et au B

Nguyen Van Dong et Tran Quoc Hai

Laboratoire de Physique des Matériaux, Service de Chimie Physique, Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay, 91190 Gif-sur-Yvette, France

Abstract
Doping experiments have been performed on amorphous Si by using dc sputtering technique in the presence of hydrogenated argon. Phosphorus-doped or boron-doped films have been obtained from a series of targets containing various concentrations of P or B between 2 x 1016 and 1019 cm- 3. The electrical conductivity and thermopower of different samples have been measured as a function of absolute temperature. Doping increases the conductivity over a very wide range. The conductivity and thermopower display an activated behaviour in a large range temperature investigated. The activation energies Eσ and E s for these two transport parameters depend sensitively on the level doping. The difference E σ - Es is found to be of 0.15-0.20 eV. Experimental data have been analysed by assuming the linear temperature shift of the Fermi level. With increasing doping, there is probably a gradual transition from conduction in extended states to hopping conduction in an impurity band.

Résumé
Des expériences de dopage du Si amorphe ont été effectuées en utilisant la technique de pulvérisation cathodique en présence d'un plasma d'argon d'hydrogéné. Les couches dopées au phosphore ou au bore ont été obtenues à partir des cibles contenant des concentrations en P ou en B variant entre 2 x 1016 et 1019 cm-3. La conductivité électrique et le pouvoir thermoélectrique ont été mesurés sur les différents échantillons en fonction de la température entre 200 et 500 K. Le dopage accroît la conductivité dans des proportions considérables. La conductivité et le pouvoir thermoélectrique présentent un comportement activé dans un large domaine de température et les énergies d'activation Eσ et Es pour ces deux paramètres de transport varient sensiblement avec le degré de dopage. On trouve que Es est inférieur à Eσ de 0,15 à 0,20 eV environ. Les résultats expérimentaux ont été analysés en supposant la variation linéaire du niveau de Fermi avec la température. L'accroissement du degré de dopage semble donner lieu à une transition de la conduction dans les états étendus à la conduction par saut dans une bande d'impuretés.

PACS
6170T - Doping and implantation of impurities.
7220F - Low field transport and mobility: piezoresistance semiconductors/insulators.
7220P - Thermoelectric effects semiconductors/insulators.
7280C - Electrical conductivity of elemental semiconductors.
7280N - Electrical conductivity of amorphous and glassy semiconductors.
7360F - Electronic properties of semiconductor thin films.
2520C - Elemental semiconductors.
2520F - Amorphous and glassy semiconductors.
2550B - Semiconductor doping.

Key words
amorphous semiconductors -- boron -- electrical conductivity of amorphous semiconductors and insulators -- elemental semiconductors -- phosphorus -- semiconductor doping -- silicon -- thermoelectric effects in semiconductors and insulators -- cathodic sputtering -- transport properties -- B doped films -- amorphous Si -- electrical conductivity -- thermopower -- activation energies -- conduction in extended states -- hopping conduction -- doping experiments -- DC sputtering technique -- P doped films -- temperature dependence