Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бонч-Бруевич В.Л. -> "Физика полупроводников " -> 32

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 .. 26 27 28 29 30 31 < 32 > 33 34 35 36 37 38 .. 295 >> Следующая


Под влиянием теплового движения, освещения и иных внешних воздействий в образовавшуюся вакансию могут быть заброшены
ПРИМЕСНЫЕ АТОМЫ

75

более удаленные электроны связи. Тогда вместо дырки, связанной с данным примесным центром, появится дырка в другом месте, и эта дырка, вследствие последовательного заброса в нее других электронов связи, будет перемещаться в кристалле. Этот процесс аналогичен отрыву связанного электрона от донора V группы и может быть назван освобождением связанной дырки и переводом ее в свободное состояние. Образования же электрона проводимости при этом не происходит. Из сказанного видно, что атомы элементов III группы в решетке типа алмаза являются акцепторами.

Примесные центры, которые могут отдавать или, соответственно, принимать только один электрон и, следовательно, находиться только в двух различных зарядных состояниях, мы будем в дальнейшем называть простыми. Из сказанного выше следует, что простой донор есть такой примесный центр, с которым при завершенных валентных связях связан один электрон. И, аналогично, простой акцептор есть такой примесный центр, с которым при завершенных валентных связях связана одна дырка.

Простые доноры можно охарактеризовать заданием наинизшего уровня энергии Et неотщепленного электрона (основное состояние). Аналогично, для простого акцептора можно задать один уровень энергии захваченного электрона. Такие уровни, однако, в отличие от уровней электронов проводимости, являются локальными, так как электроны, их занимающие, расположены в непосредственной близости от примесных центров (рис. 2.19). Энергия ионизации донора <г7d на этой диаграмме равна (Ес — Et). Аналогично, энергия, необходимая для заброса электрона из валентной зоны на акцептор (или, другими словами, энергия отрыва связанной дырки от акцептора е70), равна (Et — Ev).

Энергию ионизации примесных атомов в кристалле можно экспериментально определить либо из температурной зависимости постоянной Холла («термическая» энергия ионизации), либо из спектральных зависимостей коэффициента поглощения света и фотопроводимости («оптическая» энергия ионизации).

Значения энергии ионизации атомов III и V групп в германии и кремнии, определенные из оптических измерений при гелиевых температурах, приведены в таблице 2.1. Энергии ионизации в германии мало отличаются друг от друга и близки к 0,01 эВ. Этот результат хорошо объясняется в теории «водородоподобных» примесных атомов, которую мы рассмотрим в гл. IV. Вследствие малой энергии ионизации атомы этих элементов в германии практически

Рис. 2.19. Уровни энергии электронов в кристалле при наличии простых доноров или акцепторов.
76

ХИМИЧЕСКИЕ связи В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

[ГЛ. II

Таблица 2.1

Энергия ионизации (в миллиэлектронвольтах) атомов элементов III и V групп в основном состоянии в германии и кремнии *)

Элемент Ge Si Тип Элемент Qe Si Тнп
в 10,6 44,3 Р 12,7 45,3
А1 10,9 68,4 Акцепторы, As 14,0 53,5 Доноры,
оа 11,1 I 1,6 &a = Et-E, Sb 10,2 42,5 &d = Ec-Et
In 11,7 155
Т1 13,1 Bi 12,7 71,0
*) Обзор Ш. М. Коган, Т. М. Лифшиц, phys, stat. sol. (а) 39, 11 ( 1977).

полностью ионизованы, уже начиная с температур ~10К и выше. Энергии ионизации этих элементов в кремнии, особенно акцепторов III группы, отличаются значительно сильнее. Однако и здесь (за исключением In) энергия их ионизации невелика, и поэтому при температурах, близких к комнатным (и выше), атомы этих элементов тоже ионизованы почти полностью. С другой стороны, растворимость большинства элементов III и V групп (кроме Bi и Т1) в германии и кремнии очень велика (например, для In, Ga, Р в германии она приближается к Ю21 атомов/см3). Поэт/эму, вводя элементы III и V групп в германий и кремний, можно в широких пределах менять концентрацию электронов и дырок и, соответственно, электропроводность. Подобные примеси* создающие мелкие уровни энергии и способные входить в решетку полупроводника в больших концентрациях, мы в дальнейшем будем называть легирующими примесями.

Если примесные атомы принадлежат группе периодической системы, которая отличается больше нежели на единицу от группы основного вещества полупроводника, то система локальных ypoBv ней энергии оказывается сложнее. При этом, во-первых, появляются два или несколько разных уровней энергии для одного и того же атома. И, во-вторых, возникают глубокие уровни энергии."

На рис. 2.20 в качестве примера приведены примесные уровни энергии в германии, который изучен наиболее подробно. Остановимся на смысле этой диаграммы.

Рассмотрим, например, медь, которая создает в германии три акцепторных уровня, удаленных на 0,04 и 0,33 эВ от верха валентной зоны ,и на 0,26 эВ от дна зоны проводимости. Это значит,что атом меди может присоединить к себе три электрона. Присоединение первого электрона (из числа электронов, образующих валентные связи в кристалле) требует наименьшей энергии El — Ev — 0,04 эВ. При этом атом меди превращается
Предыдущая << 1 .. 26 27 28 29 30 31 < 32 > 33 34 35 36 37 38 .. 295 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed