Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
С другой стороны, имеются и такие примеси, которые слабо влияют на электропроводность. Примером может служить кислород в германии и кремнии, содержание которого может достигать сотых долей ат.% без существенного влияния на электропроводность.
Из сказанного также ясно, что влияние примесей на электропроводность зависит еще от области температур. Поэтому один и тот же материал в области собственной проводимости (высокие температуры) может рассматриваться как очень чистый, а в области примесной проводимости (низкие температуры) — как очень грязный.
ж. Магнетосопротивление. В § 3 мы видели, что если имеетея один тип носителей заряда и т и т не зависят от направления движения, то изменение сопротивления в поперечном магнитном иоле Ар)_/р должно быть в слабых магнитных полях Такой же
результат получается и при учете нескольких типов носителей заряда. Опыт показывает, что это действительно имеет место.
Однако другие выводы простой теории не согласуются с опытом. Выше мы уже говорили, что в изотропной модели продольное маг-нетосопротивление Арц/р должно быть равно нулю, так как при параллельных магнитном поле и скорости дрейфа сила Лоренца
48
НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ [ГЛ. I
равна-нулю. На рис. 1.15 показана зависимость Ар/р от угла 9 между направлениями тока и магнитного поля в германии и кремнии. Из рисунка видно, что продольное магнетосопротивление Дрц/р (при 0 =0 и 6 = 180°) отнюдь не равно нулю, а имеет тот же порядок величины, что и А р_|_/ р.Кроме торо, величина Ар_|_/р оказывается значительно больше, чем вычисляемая из изотропной модели. Имеются и другие расхождения простой теории с опытом.
Это показывает, что изотропная модель недостаточна для количественного описания магнетосопротивления.
Наблюдаемые закономерности удовлетворительно объясняются полной теорией, учитывающей анизотропию эффективных масс и
времен релаксации, наличие но-
сителей заряда разных типов и зависимость времен релаксации от энергии. Частично эти вопросы рассматриваются в гл. XIII.
Суммируя рассмотренные экспериментальные данные, мы приходим к следующим важным выводам:
а) Образование электронов проводимости в полупроводниках, в отличие от металлов, требует определенной энергии ак-.тивации.
б) Электропроводность в полупроводниках может осуществляться не только электронами, но и положительно заряженными частицами,— дырками,
в) В полупроводниках существует собственная проводимость, определяемая только
свойствами основной решетки кристалла, и примесная проводимость, обусловленная содержащимися в кристалле примесями.
г) При определенных условиях примеси могут очень сильно влиять на электропроводность; при этом различные примеси можно разделить на две группы: вызывающие электронную проводимость (донорные) и дырочную проводимость (акцепторные)..
д) Подвижности носителей заряда в различных полупроводниках могут отличаться на много порядков, что указывает на сильное различие эффективных масс и времен релаксации.
е) Время релаксации зависит от энергии носителей заряда. Время релаксации » эффективная масса могут зависеть также от направления движения.
Рис. 1.15. Зависимость магнетосопротивления Д р/ р от угла б между направлениями тока и магнцтного поля в германии (пунктир) и кремнии (сплошная кривая) п-типа. Ток направлен по [100], магнитное поле лежит в плоскости (010).
Глава II
ХИМИЧЕСКИЕ связи в полупроводниках
Полная теория твердого тела должна основываться на квантовомеханическом рассмотрении системы из многих электронов и атомных ядер, взаимодействующих между собой. Такой строгий подход связан с необычайными математическими трудностями, и поэтому при практическом решении задачи приходится прибегать к тем или иным радикальным упрощениям. Так поступают, например, в зонной теории твердого тела, которая будет рассмотрена в следующей главе.
Однако, наряду с этим, весьма полезными бказываются также полуфеноменологические способы анализа свойств полупроводников, при которых часть микроскопических характеристик вещества не вычисляется, а заимствуется из опыта. При этом наиболее существенные особенности взаимодействия между электронами и ядрами учитываются автоматически. Один из таких способов, который можно назвать кристаллохимическим, заключается в анализе особенностей химических связей в полупроводниках. Он основан на том, что энергия химической связи атомов внутри. кристалла значительно Меньше энергии ионизации внутренних оболочек атомов. По этой причине оказывается, что сопоставляя между собой: а) расположение атомов в структуре данного вещества, б) электронную конфигурацию атомов, из которых построен полупроводник, и в) тип химической связи, удается ответить на многие важные вопросы. Таким способом можно объяснить, почему одни вещества оказываются полупроводниками или изоляторами, а другие — металлами, и в известной степени предсказывать наличие полупроводниковых свойств. Можно понять, каким образом изменяются основные полупроводниковые характеристики (ширина запрещенной зоны, подвижность и др.) внутри данного класса аналогичных веществ, а также и ряд других особенностей полупроводников. Такой анализ позволяет также объяснить происхождение полупроводниковых свойств у некоторых некристаллических веществ (аморфные и жидкие полупроводники), что пока гораздо труднее сделать другими способами. Недостаток этого метода заключается в том, что большинство получаемых результатов имеет качественный характер. Однако его достоинством является большая наглядность, и поэтому мы сначала остановимся на этом методе.
