Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
Во-вторых, аморфные полупроводники могут легко изменять свою форму, например в аппаратах для ксерокопирования используют тонкие аморфные пленки селена. Монокристаллам гораздо сложнее придавать пухшую форму, поэтому непрактично (и дорого!) изготавливать монокристаллы в форме тонких пленок.
В-третьих, аморфные полупроводники, как правило, не чувствительны к наличию примесей, что принципиально отличает их от кристаллических полупроводников. В последние годы, однако, были найдены методы легирования аморфных германия и кремния.
Чтобы попять влияние примесей па свойства аморфных полупроводников, рассмотрим структурные отличия между кристаллическим и аморфным германием. Кристаллический германий имеет структуру алмаза. В его решетке каждый атом располагается в тетраэдрическом окружении четырех других атомов германия, так что возникает трехмерная каркасная структура. При легировании германия, например, мышьяком, пятивалентный мышьяк вынужден занимать тстраэдрическую позицию вместо атома германия. Поэтому атом мышьяка образует четыре связи с соседними атомами германия. Поскольку у атома мышьяка имеется пять валентных электронов и лишь четыре из них участвуют в химической связи, пятый электрон может свободно двигаться в кристалле и участвовать в переносе электрического заряда. (Согласно зонной теории этот электрон находится в зоне проводимости; см. гл. 14.) На рис. 18.14, а схематически изображена (в плоскости) кристаллическая решетка германия, легированного мышьяком.
Структура аморфного германия представляет собой пространственную сетку, в которой большинство атомов германия также находится в тетраэдрическом окружении других атомов германия. Однако некоторые атомы имеют лишь три ближайших соседа и один валентный электрон остается у атома германия
18.9. Халькогенидіше и другие полупроводниковые стекла
219
неспаренным. Образуется ненасыщенная связь. Два таких случая схематически представлены на рис. 18.14,6. В аморфной сетчатой структуре легированного мышьяком германия атомы мышьяка предпочитают занимать такие позиции, которые координируют вокруг себя лишь три атома германия. Три электрона каждого атома мышьяка участвуют в образовании ковалентных связей, а два оставшихся электрона образуют несвязывающую (неподеленную) пару. Поэтому атом мышьяка электронейтрален
О ое ф Аз
Рис. 18.14. Изображение на плоскости структуры кристаллического германия (а) и аморфного германия (б), легированных мышьяком [4]. В кристаллическом германии каждый атом, в том числе и атом мышьяка, занимает регулярный узел решетки и окружен четырьмя соседними атомами.
и не имеет свободных неспаренных электронов, участвующих в проводимости. Итак, эффективность легирования аморфного германия мышьяком с целью создания проводимости я-типа гораздо меньше, чем в случае кристаллического германия.
Существуют две причины, препятствующие проявлению эффекта легирования в аморфных германии и кремнии, если легирующие примеси вводить обычными методами. Первая состоит в том, что добавление мышьяка обычно не приводит к появлению свободных электронов, так как атомы мышьяка часто занимают позиции, окруженные лишь тремя ближайшими соседями. Вторая причина заключается в том, что если бы свободные электроны удалось ввести в структуру стекла, то они вскоре оказались бы «пойманными в ловушки» ненасыщенных связей атомов германия, координирующих вокруг себя лишь три соседних атома. Поэтому эти свободные электроны скоро перестали бы участвовать в переносе электрического заряда. Для полу
220
18. Стекло
чения тонких пленок используется наряду с другими методами метод катодного распыления в атмосфере аргона (гл. 2). Ионы аргона выбивают из материала мишени (кристаллического германия) атомы германия, которые переносятся на подложку, где и осаждаются в виде тонких аморфных пленок.
Недавно был развит новый метод получения аморфных германия и кремния. Этот метод, видимо, исключает образование ненасыщенных связей и, следовательно, позволяет эффективно легировать аморфные полупроводники. Газообразный моногер-ман ОеН4, содержащий небольшие количества фосфина РН3 и диборана В2Н6, подвергается плазменному разложению в условиях тлеющего разряда. Атомы ве, Б!, Р и В, получаемые при разложении, осаждаются на подложке в виде тонкой пленки, в которой, по-видимому, отсутствуют дефекты типа ненасыщенных связей, поскольку, вероятно, любая ненасыщенная связь, которая могла бы существовать, способна образовывать кова-леитную связь с атомарным водородом и, следовательно, она перестает действовать как ловушка свободных электронов. Хотя некоторые атомы фосфора и бора, введенные в аморфный кремний, и занимают позиции с координационным числом, равным трем, другие атомы этих элементов должны попадать в тетра-эдрические позиции, что приводит к росту проводимости по такому же механизму, что и в кристаллических полупроводниках {п- и р-типа).
18.9.3. Фотокопировальный процесс
В фотокопировальном процессе используются специфические свойства аморфного селена. Во-первых, селен может быть приготовлен в виде тонкой полупроводниковой пленки. Во-вторых, селен является фотопроводником, т. е. его электронная проводимость резко возрастает под действием света. В состав фотокопировального аппарата входят два цилиндрических металлических барабана, на которые методом вакуумного напыления наносится тонкая пленка аморфного селена. Фотокопировальный процесс включает в себя несколько этапов (рис. 18.15).
