Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Лазарь С.С. -> "Физика полупроводников" -> 61

Физика полупроводников - Лазарь С.С.

Лазарь С.С. Физика полупроводников — Наука, 1985. — 460 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikov1985.pdf
Предыдущая << 1 .. 55 56 57 58 59 60 < 61 > 62 63 64 65 66 67 .. 152 >> Следующая

дефектов, т. е. дефектов атомов основного вещества, находящихся в
междуузлиях и пустых узлах, то каждой температуре соответствует
определенная равновесная концентрация и тех и других, причем
для образования атома в междуузлии требуется в большинстве
случаев больше энергии, чем для создания пустого узла, поэтому
первых обычно меньше, чем вторых.
Если кристаллизация происходит путем застывания расплава,
то в первый момент кристалл будет содержать очень большое число
дефектов, соответствующее температуре плавления; при
последующем охлаждении кристалл продолжает
"благоустраиваться" и число сохранившихся в конечном счете
дефектов зависит от скорости охлаждения (или если специально
применяется отжиг, то от его температуры и длительности). Однако
скорости всех процессов в кристалле, связанных с образованием,
исчезновением и диффузией дефектов, экспоненциально зависят от
температуры. Поэтому начиная с некоторой температуры,
составляющей для различных веществ 0,6-0,8 от температуры
плавления, эти процессы начинают протекать настолько медленно,
что отжиг при более низких темпера-
76,5


гурах становится малоэффективным и число дефектов,
соответствующее этой температуре, замораживается.
Обычно число пустых узлов в 1 см3 кристалла колеблется в
пределах от 101ь-1018, а число собственных атомов в междуузлиях на
1-2 порядка меньше. Наряду с этим существуют так называемые
дефектные структуры, в которых число пустых и занятых узлов
одного и того же порядка.
Атом любого вещества в вакууме характеризуется
валентностью и потенциалами ионизации, т. е. работой,
необходимой для отрыва первого, второго и т. д. электронов, а
также электронным сродством, т. е. энергией, выделяющейся при
захвате электрона.
Аналогичные понятия можно ввести и для примесных атомов в
полупроводнике; при этом, однако, следует учитывать следующие
факторы:
1. Валентность примесного атома, находящегося в узле, будет
определяться разностью между числом его валентных электронов и
числом электронов атома, который он заместил. Если это число
больше, чем число электронов атома основного вещества, то такой
атом будет вести себя как донор, в противоположном случае - как
акцептор.
2. Для примесного атома, находящегося в междуузлии,
определяющим будет его электроотрицательность: атомы
щелочных металлов (например, литий) ведут себя всегда как
доноры, такие атомы, как кислород и фтор,- как акцепторы.
3. Наряду с этим ряд примесных атомов проявляет
"амфотерный" характер, т. е. их можно характеризовать
несколькими величинами:
- "потенциалами ионизации", т. е. энергиями активации
(энергиями, необходимыми для перевода в валентную зону);
- "электронным сродством", т. е. энергиями, необходимыми
для переброса электрона из валентной зоны на примесный атом.
Зарядовое состояние такого атома будет зависеть от конкретной
обстановки, т. е. от положения уровня химического потенциала.
ДЕФЕКТЫ ПО ФРЕНКЕЛЮ И ПО ШОТТКИ
По мере повышения температуры кристалла возрастают
амплитуды тепловых колебаний ионов (или атомов). Часть из них
(мы в дальнейшем для определенности будем гово
166


рить об ионах) приобретает при этом настолько большую энергию,
что ионы срываются из равновесных положений и переходят в
междуузлия. Таким образом, при температуре, отличной от нуля,
всегда в кристалле существует некоторое число пустых узлов и
ионов в междуузлиях, причем в равновесии число и тех и других
должно'экспоненциально расти с температурой. Аналогичный
процесс может происходить и вблизи поверхности кристалла: один
атом может из приповерхностного слоя перескочить на поверхность,
другой атом - занять его место, третий атом - занять место
второго атома и т. д. Таким образом, в объем кристалла с его
поверхности продиффундирует пустой узел. Этот процесс приведет,
следовательно, к образованию в объеме кристалла одних только
пустых узлов.
Первый механизм образования дефектов - переход из узла в
междуузлие - называется механизмом образования дефектов по
Френкелю (и соответствующие дефекты- дефектами по
Френкелю); второй- механизмом образования по Шоттки и
дефекты - дефектами по Шот- тки *>.
Попытаемся теперь количественно оценить равновесное число
дефектов по Френкелю, при этом, как и в случае определения
концентраций свободных электронов, возможны два подхода -
кинетический и статистический.
Кинетический подход. Пусть число ионов данного сорта в
единице объема N, из них п перешли в междуузлие, причем энергия,
необходимая для такого перехода, будет %ф. Тогда вероятность шд
того, что еще один ион перейдет в междуузлие, будет
пропорциональна числу ионов, еще сидящих в узлах, т. е. (N - п), и
вероятности того, что один из этих ионов приобретает необходимую
для такого перехода энергию, т. е. экспоненциальному множителю
е~'&Ф/кТ. Таким образом,

wn = a(N - п) е hT , (2.111)
где а - неизвестный коэффициент.
Предыдущая << 1 .. 55 56 57 58 59 60 < 61 > 62 63 64 65 66 67 .. 152 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed