Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бонч-Бруевич В.Л. -> "Физика полупроводников " -> 31

Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.

Бонч-Бруевич В.Л. , Калашников С.Г. Физика полупроводников — Москва, 1977. — 678 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikov1977.djvu
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 295 >> Следующая


Впрочем, как показывают оптические и электрические измерения, и в таких полупроводниках существуют зоны разрешенных и запрещенных энергий. Отсюда можно заключить, что представление об энергетических зонах является гораздо более общим, чем это следует из их обоснования взонной теории (ср. гл. XVII, гл. XIX).

Оба механизма электропроводности характеризуются различной зависимостью подвижности от температуры, о чем уже упоминалось в § 1.5. В чистых полупроводниках с большой подвижностью повы,-шение температуры всегда уменьшает величину подвижности. В полупроводниках с малой подвижностью при повышении температуры увеличивается вероятность перескоков электронов, и поэтому подвижность тоже увеличивается.

Отметим также, что прыжковый механизм электропроводности может проявляться при известных условиях и в полупроводниках
§9]

ПРИМЕСНЫЕ АТОМЫ

73'

с большой подвижностью при очень низких температурах. Так, например, в германии, содержащем доноры и акцепторы (при концентрациях <1013 см"3, когда еще не проявляется так называемая проводимость в примесной зоне, ср. гл. IV), при гелиевых температурах концентрация подвижных электронов или, соответственно, дырок в зонах ничтожно мала, так как практически все они локализованы на примесных атомах. Однако и в этом случае все же наблюдается очень малая электропроводность, которая, по-видимому, обусловлена прыжковым механизмом.

§ 9. Примесные атомы

Кристалл, в котором все узлы решетки заполнены только атомами данного вещества и решетка которого безгранично простирается во всех направлениях, мы будем называть идеальным кристаллом. Однако все реальные кристаллы имеют различные несовершенства, искажающие строгую периодичность кристаллической решетки.

Исследование особенностей дифракции рентгеновских лучей показывает, что в реальных кристаллах правильное расположение атомов в решетке сохраняется лишь в пределах небольших областей с линейными размерами -—-0,1 -5- 1 мкм. Сами же эти области слегка разориентированы друг относительно друга (повернуты на малые углы), образуя так называемую мозаичную структуру.

Другим типом несовершенств являются примесные атомы. Последние могут быть в решетке кристалла в двух состояниях: либо занимать узлы решетки, замещая некоторые атомы основного вещества кристалла (твердый раствор замещения), либо внедряться между узлами решетки (твердый раствор внедрения). В обоих случаях каждая примесь характеризуется определенной максимальной растворимостью, т. е. максимальной концентрацией примесных атомов, которую можно создать в решетке при данной температуре при термодинамическом равновесии. Отметим также, что оба типа твердых растворов сильно отличаются по величине коэффициентов диффузии примесей: как правило, при одной и той же температуре коэффициенты диффузии междоузельных атомов на несколько порядков больше, чем коэффициенты диффузии узельных атомов.

Несовершенствами в реальных кристаллах являются также пустые узлы решетки или вакансии; линейные дислокации и винтовые дислокации (см. ниже). Указанные несовершенства могут создавать дополнительные уровни энергии электронов, которые влияют на многие физические процессы в полупроводниках.

Рассмотрим сначала поведение примесных атомов. Наиболее простой и ясный случай мы имеем для примесей элементов III и V групп периодической-системы в полупроводниках подгруппы IVB
74

ХИМИЧЕСКИЕ связи В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

[ГЛ. II

(кремний, германий). Такие примеси образуют твердый раствор замещения. На это, в частности, указывают очень малые значения их коэффициентов диффузии.

Атом любого элемента V группы имеет 5 валентных электронов, и, соответственно, его ионный остаток несет положительный заряд +5е. Однако для образования тетраэдрических валентных связей в решетке типа алмаза необходимо только 4 электрона. Поэтому при замене атома основной решетки на атом примеси мы получим один «лишний» электрон. Последний будет двигаться в поле ионного остатка и остальных валентных электронов, т. е. в поле эффективного заряда +е, образуя систему, подобную атому водорода (рис. 2.18, а). Этот дополнительный электрон может быть

в>) б)

Рис. 2.18. Узельный атом элемента V группы (а) и III группы (б) в решетке

типа алмаза.

отщеплен от своего узла решетки под действием тепловых колебаний, освещения и т. п., и тогда он превратится в электрон проводимости. При этом образования свободной положительной дырки (как в случае разрыва связей в собственном полупроводнике) не будет. Из сказанного видно, что примеси элементов V группы в полупроводниках с решеткой алмаза являются донорами,

В случае узельного атома элемента III группы (В, А1 и др.) имеется всего 3 валентных электрона, т. е. не хватает одного электрона для завершения валентных связей. Этот недостающий электрон может быть заимствован из числа соседних электронов связи. При этом образуется вакантное место среди соседних электронов связи, или положительная дырка, которая окажется в поле заряда ионного остатка (+3е) и четырех электронов связи (—4е),т. е. в поле эффективного заряда —е (рис. 2.18, б). Так как в образовавшуюся вакансию могут переходить другие электроны связи, то дырка будет двигаться вокруг примесного центра, и мы опять получим водородоподобную систему, но только с неподвижным отрицательным зарядом и подвижным положительным зарядом.
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 295 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed