J. Phys. France 43, 1419-1424 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:019820043090141900

Photo-induced changes in the coefficient of the temperature dependence of the Fermi level in discharge-produced amorphous silicon

J. Bullot¹, M. Galin¹, M. Gauthier², B. Bourdon³ et Y. Catherine<sup>4

1</sup>  Laboratoire des Matériaux Amorphes, (LA 75), Université de Paris-Sud, 91400 Orsay, France
²  ERA 718, Bât. 350, Université de Paris-Sud, 91400 Orsay, France
³  Laboratoire de Marcoussis, CRCGE, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France
⁴  Laboratoire de Physique Corpusculaire, ERA 924, 2, rue de la Houssinière, 44072 Nantes Cedex, France

Abstract
New data on photo-induced changes in the photoconductivity σp and dark conductivity σD (Staebler-Wronski effect) of a-Si : H are described. Some films are shown to be much less sensitive to light exposure than others : the change in the activation energy ΔEσ of σD between the annealed state A and the fully-irradiated state B is small and in some cases ΔEσ ≈ 0. The results are interpreted in terms of minimum metallic conductivity theory and the change in the coefficient of the temperature dependence of the Fermi level (βA - β B) between states A and B is calculated. Upper and lower bounds of β A and βB are deduced. It is found that for films exhibiting large photo-induced effects β B > βA. The coefficient βB is positive and typically ˜ 4-10 x 10-4 eV K-1. In contrast for most films exhibiting small changes upon illumination both β A and βB are negative and the change when passing from state A to state B is small.

Résumé
Nous décrivons quelques nouveaux résultats concernant les variations de la conductivité σD et de la photoconductivité σp (effet Staebler-Wronski) de a-Si : H. Nous montrons que certains films sont beaucoup moins photosensibles que d'autres; pour ces échantillons la variation de l'énergie d'activation ΔEσ de σD quand on passe de l'état recuit A à l'état irradié B est petite et dans certains cas ΔEσ ˜ 0. Nous interprétons ces résultats à l'aide de la théorie de la conductivité métallique minimum et nous calculons la variation (βA - βB) du coefficient de température du niveau de Fermi quand on passe de A à B et en déduisons les valeurs limites de βA et βB. Les films très sensibles à l'effet Staebler-Wronski sont tels que β B > βA' βB étant de l'ordre de 4-10 x 10-4 eV K-1. Au contraire pour les films peu sensibles β A et βB sont négatifs et la variation de β, quand on passe de l'état A à l'état B, est faible.

PACS
7123C - Amorphous semiconductors, metallic glasses, glasses.
7240 - Photoconduction and photovoltaic effects.
7280C - Elemental semiconductors.
7280N - Disordered solids.

Key words
amorphous semiconductors -- elemental semiconductors -- Fermi level -- hydrogen -- photoconductivity -- plasma deposited coatings -- semiconductor thin films -- silicon