Электронная теория неупорядоченных полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
замкнутые кольца связей можно составить не менее чем из шести звеньев. В
то же время при топологическом ее разупорядочении становится возможным и
появление пятичленных колец.
Далее, исчезновение дальнего порядка может быть связано с разрывами
связей, а также с нарушениями порядка, обуслов-
*) Представление о случайной сетке было введено У. X. Захариасеном еще в
1932 г. в связи с исследованием стуктуры стекол.
§ 3. СВОДКА НЕКОТОРЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
17
ленными случайными флуктуациями состава (композиционный беспорядок) и
структуры. Это особенно существенно для аморфных соединений. Однако и
здесь, видимо, имеет место сохранение ближнего порядка при полном
отсутствии дальнего. При этом, как и в случае аморфного германия и
кремния, образуются случайные сетки атомов, но не обязательно трехмерные:
для элементов шестой группы характерны одномерные сетки (цепочки), для
соединений элементов пятой и шестой групп - двумерные.
Экспериментально, по-видимому, не всегда легко определить, с каким именно
фактором связано отсутствие дальнего порядка, поскольку радиальные
функции распределения для всех указанных выше случаев могут быть
близкими. Однако можно ожидать, что в этих случаях электронные свойства
будут заметно различаться. Действительно, факт сохранения ближнего
порядка позволяет думать, что в основе построения энергетически наиболее
выгодных неупорядоченных структур лежит некоторый общий принцип. Он
состоит в условии ПОЛНОГО " - Se Se
насыщения вален
товления образца структура Рис. 2. Двумерный полимерный карего более или
менее отличает- кас As2Se3 (схематически),
ся от идеальной, содержа дефекты разного рода - до макроскопических
полостей включительно. Со многими дефектами может быть связано появление
ненасыщенных ("болтающихся") валентных связей.
Для халькогенидных стекол характерна цепочно-слоистая структура,
иллюстрируемая рис. 2. По этой причине указанные материалы часто называют
неорганическими полимерами.
§ 3. Сводка некоторых экспериментальных данных
этот, однако, не (см. ниже, § II. 5)
Материал, в удовлетворяется, вают идеальным метим, однако, ч идеальное
стеклс немногим легче, ный кристалл. Ф зависимости от ус.........г____
(Н. Ф. Мотт, 196
>Se
Число экспериментальных работ, посвященных измерению электрических,
оптических и других характеристик неупорядоченных полупроводников, в
настоящее время измеряется сот-
18
ГЛ. Т. ВВЕДЕНИЕ
нями. Мы ограничимся лишь сводкой некоторых важнейших результатов,
необходимых для дальнейшего. Использованный в тексте материал взят
главным образом из книги [5], обзоров [6-12] и цитированных там статей.
При этом мы будем интересоваться в основном качественными
закономерностями, справедливыми для ряда веществ.
I. Оптические свойства. Рассматривая спектры поглощения аморфных
полупроводников, удобно сравнивать их со спектрами тех же материалов в
кристаллическом состоянии (это возможно, например, в случаях германия,
соединений типа AUIBV, селена и теллура). При этом четко выделяются
следующие группы фактов.
1) Стандартное в физике кристаллических полупроводников представление
о междузонных переходах и о запрещенной энергетической зоне в известной
мере остается в силе и здесь: коэффициент поглощения а(ю) заметно падает
при некоторой пороговой частоте (о0, близкой к красной границе
междузонного поглощения света в чистом материале. При этом в зависимости
от способа приготовления материала (например, пленки) наблюдаются,
видимо, два типа поведения:
А) Коэффициент поглощения резко обрывается на пороге, обращаясь
практически в нуль при ш < ш0 (резкий край зоны).
Б) Коэффициент поглощения лишь уменьшается при ю < ?о0> оставаясь все же
конечным и в области меньших частот (оптический "хвост").
В кремнии в результате достаточно длительной термообработки тип Б)
сменяется типом А) (Д. Т. Пирс, У. Э. Спайсер,
1972). Того же можно добиться, легируя кремний (или герма-
ний) водородом; при этом, однако, появляется поглощение в далекой
инфракрасной области.
2) Частотная зависимость коэффициента поглощения в области хвоста (ш <
(о0) хорошо описывается формулой
а (со) ~ ехр | - h (со^~-со11, (3.1)
где Е - некоторая характерная энергия.
Зависимость вида (3.1) давно уже наблюдалась в ионных кристаллах (Ф.
Урбах, 1953) и получила наименование правила Урбаха. Энергия Е в них
пропорциональная температуре:
Е =*= сТ, (3.2)
где с - постоянная.
Аналогичная зависимость наблюдается и в сильно легированных
полупроводниках, однако соотношение (3.2) остается там справедливым лишь
при достаточно высоких температурах (в легированном арсениде галлия - при
100 К), При более
; 3. СВОДКА НЕКОТОРЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
19
низких температурах величина Е перестает зависеть от Т, но зависит от
концентрации примеси tit, возрастая вместе с ней. Обработка
экспериментальных данных для соединений типа AnIBv (X. Р. Виттманн, 1969)
привела к эмпирической формуле
E~nf39. (3.3)
Степень точности, с какой выполняется эта формула, не вполне ясна. Мы
