Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
В случае же запирающего контакта между положительно заряженным металлом и низкоомным полупроводником /7-типа уровень Ферми в металле расположен так, что дырки (или электроны) могут совершать туннельные переходы между металлом и полупроводником, нарушая, таким образом, запирающий характер контакта при электрических полях, малых по сравнению с IO8 в/см.
Отрицательные ионы в электролите собираются у поверхности металла до тех пор, пока электрическое поле не станет достаточным для того, чтобы поднять энергию электронов отрицательных ионов до Уровня поверхности Ферми металла. Для этого требуется поле порядка IO8 в/см, т. е. равное полю между ионными плоскостями в ионных кристаллах. Можно считать, что система энергетических уровней электролита может как бы скользить (фиг. 46) вдоль поверхности контакта относительно уровней металла. Чтобы это могло происходить на контакте металла с изолятором, необходима большая концентрация подвижных положительно заряженных доноров и отрицательно заряженных акцепторов. Последнее, конечно, является определением твердого электролита. Обычно Электрические контакты
173
даже до того, как электроны, находящиеся на отрицательных ионах, будут подняты до уровня поверхности Ферми, начинаются химические реакции, обеспе-чиваютне энергию, необходимую для перехода электронов из электролита в металл. Примером реакции такого рода может служить образование СЬ и Нг при электролизе воды. В результате сложного процесса энергия, освобождаемая при образовании О2, осуществляет перевод электрона от иона ОН" в одно из состояний вблизи уровня Ферми металла электрода.
Основные различия между физическими и химическими процессами на контакте металла с электролитом могут быть выяснены при сравнении протекания тока между металлом и льдом и между металлом и водой. Предполагается, что протекание зарядов между металлом и льдом ограничивается только электронными процессами. Для металла и воды отличие состоит в появлении добавочных осложненни или новых степеней свободы, связанных с химическими реакциями и подвижностью «валентной зоны» (ионов ОН") и «зоны проводимости» (ионов H+).
ЛИТЕРАТУРА
1. AmickJ. A., RCA Rev., 20, 770 (1959).
2. BardeenJ., Phys. Rev., 71, 717 (1947).
3 Gerriisen H J1, Ruppel W., Rose A., Helv. Phvs. Ada, 30, 504 (1957).
4 Lamperl M A., Rose A., Phys. Rev., 113, 1236 (1959).
5 Macdonald, Ross J., Solid Slale Eleclron., б, 11 (1962).
6 Motl N. F, Gurney R. W., Electronic Processes in Ionic Crystals, New York, 1940. (См. перевод. M о т т Н_Г е р н и Р., Электронные процессы в нонных кристаллах, ИЛ, 1950.)
7. Ruppel W., vholoconduclivity (Levinstein H* ed.), London, 1962, p. 199.
8 S m і f h R. W., Phys. Rev., 97, 1525 (1955).
9 Slockmann F. HaIbIeiterprohleme, 6, 279 (1961).
10 Van Heerden P. J., Phys. Rev., 108, 230 (1957).
11 Weimer P. K., Cope A. D., RCA Revn 12, 314 (1951).
12 WiKiams R., Phys. Rev., IJ7, Ш7 (I960).
13 Williams R, Journ. Chem. Phys., 32. 1505 (I960).
14. Williams R., Buhe R. H., Journ. Appl1 Phys,, 31 968 (1960), г л л в л 9
УРОВНИ ЭНЕРГИИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ И ЭЛЕКТРОЛИТАХ
Вычисление уровней энергии электронов и волновых функций основного состояния глубоких центров остается трудной задачей в связи с тем, что эти центры лежат в переходной области между областью применимости приближения сильной связи (или атомного) и областью применимости приближения эффективной массы (или свободных носителей). Тем не менее в неслед о ва гельской р а боге полезны даже приближенные оценки уровней энергии электронов, основанные на простой модели. Это особенно справедливо при исследовании природы контактов полупроводника с электролитом и уровней энергии ионов газов на поверхности полупроводника. Так, например, используемая в электрофотографии зарядка свободной поверхности окиси цинка и селена ионами в коронном разряде в воздухе обеспечивает один из наиболее эффективных из когда-либо предложенных запирающих контактов. В дальнейшем изложении используется исключительно атомное приближение.
Вначале рассмотрим физические процессы при ионизации отдельных атомов. Энергия ионизации водорода, например, может приниматься равной работе, затрачиваемой на образование новых кулоновских полей вокруг электрона и протона от атомного радиуса до бесконечности. В атомном состоянии в области за атомным радиусом кулоновские поля электрона и протона взаимно уничтожаются. Работа образования этих новых кулоновских полей равна половине вновь созданной электростатической энергии, так как, согласно теореме вириала, электрон в основном состоянии имеет кинетическую энергию, равную половине его потенциальной энергии. Таким образом, энергия ионизации атомов в водородном приближении может Уровни энергии в твердых телах и электролитах 175
быть принята равной вновь созданной электростатической энергии за вычетом кинетической энергии электрона в основном состоянии в атоме. У большинства атомов первый ионизационный потенциал лежит в пределах от 5 до 10 в, что должно соответствовать образованию в процессе ионизации «нового» кулонов-ского поля ла расстоянии примерно от J А до бесконечности. Электростатическая энергия кулоновского поля приблизительно равна 7/г эв, если г измеряется в ангстремах.
