Электронная теория неупорядоченных полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
При дальнейшем понижении температуры (до гелиевой области) зависимость
(3.7) в сильно легированном компенсированном антимониде индия заметно
ослабляется, сменяясь линейной (примерно до 1,2 К) и, при еще более
низких температурах, функцией вида о ~ Тп с п ~ 2-4-3. При наложении
магнитного поля вновь восстанавливается зависимость (3.7) (Е. М. Гер-
шензон и др., 1975).
3) Измерения вещественной части проводимости на переменном токе
показывают, что в области температур, где справедлива формула (3.7), ai =
Re<r(ft>) возрастает с увеличением частоты со. Именно, экспериментальные
данные часто описываются формулой
~ со*; (3.8)
параметр s часто близок к 0,8.
В ряде неупорядоченных полупроводников энергия активации е в известной
мере управляется примесями. Так, в стеклообразных селениде и сульфиде
мышьяка величина е уменьшается при введении примесей серебра и (в As2Se3)
меди, индия, таллия. При этом относительное изменение е составляет, в
зависимости от природы материала и примеси, от 16 до 51% при изменении
концентрации примеси от 0,5 до 25 ат. процентов. Эти вариации е
существенно меньше, нежели в обычных кристаллических полупроводниках, но
все же они ощутимы. С другой стороны, аморфный кремний в присутствии
водорода удается легировать бором и/или фосфором в привычных для физики
полупроводников концентрациях, получая, как и в случае кристаллического
кремния, материал соответственно р- и "-типа. Роль водорода выяснится
позднее, в § II. 3.
*) Следует заметить, однако, что зависимость (3.7) экспериментально
установлена, видимо, менее надежно, чем (3.6).
22
ГЛ. I. ВВЕДЕНИЕ
Величины В и Т0, фигурирующие в формуле (3.7), по-видимому, также зависят
от состава и концентрации примеси. В ряде материалов (InSb, Ge, Те, Se,
As2Se3) величина а0, измеряемая при достаточно высоких температурах (е/Т
< 1), не сильно зависит от состава; более того, она оказывается примерно
одинаковой (103-f-104 Ом-1 см-1) для всех этих веществ. Эта ситуация,
однако, не универсальна. Так, в аморфном кремнии дело обстоит иначе (У.
Э. Спир, П. Дж. Ле Комбер, 1976).
4) В области применимости соотношения (3.6) термоэдс многих материалов
(As2Se3, Se, Те и др.) уменьшается с повышением температуры; знак ее в
указанных материалах положителен. При этом постоянная Холла, как правило,
отрицательна, но возможна и обратная ситуация; в аморфном As постоянная
Холла положительна, а термоэдс отрицательна. Как известно, в обычных
кристаллических полупроводниках знаки термоэдс и постоянной Холла
одинаковы и однозначно определяют знак заряда основных носителей.
Отмеченная для некристаллических твердых тел аномалия знаков термоэдс и
постоянной Холла свидетельствует о недопустимости автоматического
перенесения на неупорядоченные системы представлений, заимствованных из
классической зонной теории. Заметим, что названная аномалия знаков до сих
пор не нашла окончательного теоретического объяснения, хотя отдельные
работы в этом направлении имеются (Л. Фридман, 1971).
5) Поверхностный потенциал неупорядоченного полупроводника лишь с
большим трудом удается слегка изменять с помощью эффекта поля или путем
вариации состава и концентрации адсорбированных атомов. Не удается также
сколько-нибудь заметно изменять барьерную емкость на контакте, меняя
изгиб зон (Г. Фриче, 1970).
6) Имеет место явление фотопроводимости. Спад ее со временем в
халькогенидных стеклах характеризуется наличием весьма длинных "хвостов";
при этом характерное время спада фотопроводимости заметно зависит от
длины волны возбуждающего света.
Результаты, изложенные в п. 1), в сочетании с оптическими данными
приводят к выводу о существовании в неупорядоченных полупроводниках
разрешенных и запрещенных участков энергетического спектра - разрешенных
и запрещенных зон. Однако наличие большого числа материалов типа Б) (стр.
18) означает, что это деление еще не исчерпывает всей картины
энергетического спектра: приходится сделать вывод о существовании каких-
то дозволенных состояний в запрещенной зоне. В известном смысле они
должны быть подобны обычным локальным уровням в кристаллических
полупроводниках: и те и другие влияют на положение уровня Ферми и
участвуют в опти-
" 3. СВОДКА НЕКОТОРЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
23
ческих переходах. Однако, в отличие от случая хороших кристаллических
полупроводников, уровни, расположенные в запрещенной зоне
неупорядоченного материала, могут быть обусловлены не только атомами
посторонней примеси, но и другими факторами, связанными со структурой
самого материала. В противном случае положение уровня Ферми, а с ним и
значение энергии активации е, было бы значительно более чувствительно к
легированию образца микропримесями. Экспериментальные данные пп. 3)-5)
заставляют считать, что уровень Ферми в рассматриваемых материалах
располагается где-то вблизи середины запрещенной зоны и смещается при
указанных выше внешних воздействиях заметно слабее, нежели в хороших
