Электронная теория неупорядоченных полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
располагается где-то вблизи середины запрещенной зоны и смещается при
указанных выше внешних воздействиях заметно слабее, нежели в хороших
полупроводниковых монокристаллах. Соответственно проводимость,
температурная зависимость которой изображается формулой
(3.6), следует, видимо, интерпретировать как собственную. По этой причине
о рассмотренной только что картине энергетического спектра говорят как о
модели "собственного полупроводника" *).
С представлением о разрешенных уровнях рассмотренного выше типа
согласуются и данные п. 3). Действительно, указанный там характер
частотной зависимости Re о (со) (см. (3.8)) наводит на мысль, что мы
имеем дело с прыжковой проводимостью того же типа, что и проводимость по
примесным уровням, наблюдаемая при низких температурах в кристаллических
полупроводниках **).
Изучение спектра и концентрации уровней, расположенных в запрещенной зоне
неупорядоченного полупроводника, составило в последние годы предмет
многих экспериментальных исследований. Отметим здесь следующие группы
фактов.
7) Исследование кинетики фотопроводимости и токов, ограниченных
пространственным зарядом, показывает, что уровни в запрещенной зоне
неупорядоченного полупроводника распределены в довольно широком интервале
энергий.
8) Опыты, указанные в п. 7), а также измерения термостимулированной
проводимости и прыжковой проводимости на переменном токе позволяют
оценить концентрацию уровней в запрещенной зоне. Меняясь от материала к
материалу и от образца к образцу, она часто оказывается довольно большой
- порядка 1019 см~3 и выше. По-видимому, так обстоит дело во многих
материалах типа Б).
9) Концентрацию электронов с неспаренными спинами в запрещенной зоне
можно оценить по интенсивности сигналов ЭПР
*) Название "полностью компенсированный полупроводник" было бы, вероятно,
более точным.
**) Температурная зависимость (3.7) объжсняется как раз в рамках
представления о спектре дискретных уровней в запрещенной зоне (гл. IV),
24
ГЛ. I. ВВЕДЕНИЕ
и по величине статической спиновой парамагнитной восприимчивости.
Соответствующие опыты выполнялись с рядом веществ (халькогенидные стекла,
аморфные германий, кремний и селен), В халькогенидных стеклах сигналы ЭПР
практически не обнаруживались (концентрация неспаренных спинов ns с<! Ю14
см-3) - даже в материалах типа Б). Не виден и соответствующий вклад в
парамагнитную восприимчивость. Сигналы ЭПР в ряде халькогенидных стекол
появляются, однако, при освещении образца светом с частотой со С со0 при
температурах 6-15 К. Видимо, так же обстоит дело и в аморфном мышьяке.
Эти данные на первый взгляд резко расходятся с выводами п. 8). Заметим
однако, что концентрация неспаренных электронных спинов, вообще говоря,
не обязана совпадать с концентрацией локальных уровней. (Этот вопрос
подробнее обсуждается в §§ II. 10, II. 19.)
В аморфных германии и кремнии сигналы ЭПР наблюдаются и без подсветки.
При этом концентрация неспаренных спинов, определяемая по величине
сигнала ЭПР и по статической магнитной восприимчивости, меняется от
образца к образцу, завися от условий легирования *).
10) Измерения сдвига Найта и времени ядерной релаксации в твердом и
жидком Ga2Te3 приводят к выводу о том, что состояния электронов,
отвечающие разрешенным уровням в запрещенной зоне, локализованы в
пространстве.
11) Спектр локальных уровней в халькогенидных полупроводниках в известной
мере коррелирует с параметрами полимерной их структуры: при изменении
последней в результате, например, разбухания материала (погруженного в
диметиамин) меняется и набор ловушек в запрещенной зоне (В. М. Любин).
§ 4. Общие особенности неупорядоченных систем
Материалы, перечисленные в § 1, обладают весьма различными физическими
свойствами. Тем не менее, рассматривая поведение электронов и других
элементарных возбуждений в таких веществах, мы встречаемся с некоторыми
особенностями, присущими всем неупорядоченным системам. Эти особенности
обусловлены двумя общими для всех указанных систем чертами силового поля:
отсутствием пространственной периодичности
*) В некоторых аморфных пленках германия, кремния и карбида кремния
концентрация свободных спинов на дискретных уровнях оказалась очень
большой - около 2-1020 см-3. Видимо, это связано с наличием в
рассматриваемых образцах макроскопических структурных дефектов -
полостей. На внутренних их поверхностях могут возникать поверхностные
уровни в указанном выше количестве. Эта точка зрения в известной мере
подтверждается быстрым уменьшением концентрации таких уровней при отжиге
пленок.
§ 4. ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ СИСТЕМ
25
потенциальной энергии носителя заряда и наличием в ней случайного
слагаемого. Для описания последнего надо задать вероятность 5s [V]
реализации того или иного вида потенциальной энергии носителя заряда Е(г)
как функции координат г*).
Функционал !?[V] представляет собой новую по сравнению с теорией
идеального кристалла характеристику системы. Для определения явного его
