Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
(4)
(5)
Рис. 2. Энергия носителей заряда в поле примесей при сильном легировании полупроводника.
стеров (комплексов). Комплексообразование может приводить к изменению концентрации носителей и положения примесных уровней примеси в запрещённой зоне. Зависимость n0(N) (рис. 3) при этом имеет вид;
m-g
N=nQ+K(T)n0 (тп0-
-qN)mj(m—qy
(6)
где .ЙГ(Г) — константа взаимодействия примесных атомов, т — число легирующих примесных атомов в кластере, q — электрич. заряд кластера. При малых N
502
где т* — эфф. масса носителей заряда.
С увеличением концентрации примесей N условия
(1) и (2) нарушаются. Сначала перестаёт выполняться неравенство (2), т. к. по мере увеличения N примесные атомы сближаются и электрон, локализованный в потенциальной яме U у одного из иих, начинает испытывать воздействие со стороны соседних атомов. При этом энергетич. уровень примесного электрона несколько смещается, но примесные уровни остаются дискретными. Смешение уровней зависит от взаимного расположения примесных атомов. Хаотичность последнего приводит к разбросу примесных уровней относительно диа зоиы проводимости Sc и потолка валентной Sv в разных частях кристалла. Это проявляется в ушире-иии примесного уровня, иаз. классическим (рис. 1,6).
При дальнейшем увеличении N нарушается неравенство (1). Из-за перекрытия волновых ф-ций электронов соседних атомов дискретные уровни уширяются настолько, что преобразуются в примесную зону. Пока в полупроводнике сохраняются уширенные примесные уровни либо обособленная от Sc и Sv примесная зона, уровень легирования относят к среднему (или промежуточному). При достаточно большой концентрации примесей полностью нарушаются оба неравенства. Примесная зона продолжает расширяться, и при нек-рой критич. концентрации JVkp оиа сливается как с эоиой проводимости, так и с валентной зоной (рис. 1 ,в). Плотность состояний оказывается отличной от 0 практически во всей запрещённой зоне полупроводника («хвосты» плотности состояний). При этом газ носителей заряда уже ие подчиняется статистике Больцмана; ои становится вырожденным и подчиняется статистиие Ферми.
При сильном легировании электрон взаимодействует одновременно с неси, примесными атомами, кол-во и координаты к-рых из-за хаотич. распределения различны в разных частях кристалла. В результате потеиц. энергия U примесных элеитронов приобретает случайный характер, приводящий к гофрировке зои (рис. 2).
«Хвосты» плотности состояний и их флуктуац. характер проявляются в электропроводности (CM. Прыжковая проводимость, Протекания теория), в фотопроводимости (гигантское увеличение времени жизии носителей заряда), в электролюминесценции р — п-пере-ходов и гетеропереходов и Др.
При N>NKp нарушается ионизационно-примесиое равновесие, т. е. возникает отклонение от равенства п0 = N. Это обусловлено образованием примесных кла-
Рис. 3. Зависимость концентрации носителей п0 от концентрации примесей JV в случае образовании нейтральных (1) и заряженных (2) примесно-дефектных комплексов.
(по)плато
-JiStgmK
зависимость (6) переходит в щ — N; при больших N и нейтральных кластерах
iV—п04-тК(Т )п . (7)
о
Для отрицат. кластера с m = 1 (взаимодействие атома примеси с к.-л. иным точечным дефектом) кривая (6)
в области сильного легирования выходит иа плато;
(по)плаго= V^I\Q\ K{T)i (8)
переходищее при q — —1 в соотношение
{п«)пп&т:о~А/К-{Т) • (9)
Заряд q может быть только отрицательным, ибо при q = +1 кластеры ие уменьшают, а при q > -f 1 даже должны увеличивать п0 сверх введённой концентрации примесей N, что невозможно. Номплексообра-зование оказывает заметное влияние на процессы рассеяния и захвата носителей заряда, оптич., мехаиич. и др. свойства. Основанное иа комплексообразоваиии формирование сложных примесно-дефектных центров, обладающих отличным от атомов легирующей примеси энергетич. и рекомбинац. характеристиками, используют в практике легирования для придания материалу новых свойств.
JTum.: Фистуль В. И., Сильно легированные полупро-водники, М., 1967; Фистуль В. И., Гринштейн П. М., Рытова Н. С., О политронии легирующих примесей в полупроводниках, «ФТП», 1970, т. 4, с. 84; Pair R. В., W е-b е г G. R., Effect of complex formation on diffusion of arsenic in silicon, «J. Appl. Phys.», 1973, v. 44^ p. 273; Бонч-Бруевич В. JI., Калашников С. Г., Фиаика полупроводников, М., 1977; Шкловский Б. И., Эфрос A. JI., Электронные свойства легированных полупроводников. М., 1979.
В. И. Фистуль.
СИЛЬНОТОЧНЫЕ ПУЧКЙ — пучки заряж. частиц, в к-рых собствеиные поля оказывают определяющее воздействие на динамику пучка. Характерный масштаб тока С. п. равен I0F(y), где T0 = mca Ie « 17 к А (для электронов), т — масса, е — заряд электрона, F(y) —
растущая ф-ция полной энергии частиц -у (в единицах mc'J), зависящая от конкретной геометрии пучка. Существ. превышение тока над I0 может быть достигнуто лишь при скоростях частиц, близких н с, или при компенсации объёмного заряда пучка неподвижными ионами. По переносимой мощности С. п. достигают ~1018 Вт, по запасённой энергии — 10е Дж, по энергии частиц ^lO МэВ. Применяются как энергоноситель в схемах с быстрой кумуляцией энергии (инерциальиый УТС; см. Инерциалъное удержание плазмы), в приборах сильноточной электроники, для коллективного ускорения частиц (см. Коллективные методы ускорения) и т. д. Генерируются в сильноточных ускорителях в диапазоне длительностей импульса от Ю ис до 10 мкс.
