Tight-Binding Model Hamiltonian에 의한 비정질 반도체의 에너지 Gap연구

Abstract

본 논문에서는 정사면체 결합 구조를 갖는 비정질 반도체의 전자적 성질을 이론적으로 고찰해본다. 이론의 바탕이 되는 구조에 대한 model은 topological disorder에 근거를 둔 Polk(1971)의 random network model을 사용한다. 이 model의 동경 분포 함수를 구해봄으로써 Si이나 Ge과 같은 비정질 반도체의 제1이웃이 그것에 대응하는 결정의 제1이웃과 잘 일치하고 있어서 short range order의 존재가 확인된다. 모든 원자가 tetrahedral bond를 유지하고 있다는 가정을 기반으로 tight-binding method를 사용한 Weaire의 model Hamiltonian을 이용해서 비정질 반도체의 에너지 고유값을 계산하고, 에너지 띠 구조와 상태 밀도를 알아본다. 이것으로부터 비정질 반도체의 에너지 gap의 존재를 알 수 있으며, 이 gap은 long range order와 무관함을 알 수 있다. 또한 Pseudopotential method로 계산된 결정 Ge의 에너지 띠 구조와 본 연구에서 계산한 비정질 반도체의 에너지 띠 구조 및 상태 밀도를 비교한다.;Electronic properties of tetrahedrally bonded amorphous semiconductors have been studied theoretically. The random network model based on the topological disorder by Polk(1971) has been used as the model in the theory. By means of deriving a radial distribution function of this model, it is shown that the nearest neighbours of amorphous semiconductors such as Ge or Si agree with those of the corresponding crystal, thus the existance of a short range order has been proved. Assuming only that every atom preserves the tetrahedral bond and using a simple model Hamiltonian of tight-binding type, energy eigenvalues of amorphous semiconductors have been calculated, the energy band structure and the density of states have been obtained. From these the existance of a energy gap in amorphous semiconductors have been known, and it turns out that the gap is independent of the long range order. Also the energy band structure and the density of states calculated in this study have been compared with those of crystal Ge calculated using the pseu-dopotential method.