Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
величины которых обусловлены решеточным и междо-
464
13. Полупроводниковые материалы
1,17
1,165
1,15
ДЯ.эВ
1ДЗ
1,11
П 100 200 300 400
Т, к
Рис. 13.4. Зависимость ширины запрещенной зоны ДEs в Si от температуры Т
[14].
линным типами рассеяния. Здесь приведены величины дрейфовых подвижностей,
найденные из наблюдения дрейфа неравновесных носителей в электрическом
поле, которые, однако, практически не отличаются от величин дрейфовых
подвижностей, полученных из измерений коэффициента Холла и проводимости:
Pde (290 К) см=-В-1-с-* Pdh (290 К) см^В^-с-*
Ge 3900 (-Г-1-6) 1900 (-Г-(tm))
Si 1350 (~Г-2'3) 480 (~Г-2-7)
Удельное сопротивление для собственного Ge Pi=47 Ом-см, а для
собственного Si pi=2,5-103 Ом-см. Концентрации собственных но-
13. Полупроводниковые материалы
465
сителей заряда пх равны
Ge 2,25* 1013 см~3 (Г=290 К)
Si 7-109 см-3 (7*=290 К)
Приготовление Ge, который при комнатной температуре был бы собственным
материалом, является делом обычным, однако для Si эта задача сопряжена со
значительными сложностями. Зависимость л, от Т приведена в разд. 4.2.
Ниже приведены положения энергетических уровней (в эВ) для некоторых
наиболее распространенных примесей в Si и Ge. Знак "+" означает, что
уровень расположен над вершиной валентной зоны, знак "-" означает, что
уровень расположен низке дна зоны проводимости (эВ).
Акцепторы В А1 Ga In Т1
III группы
Ge +0,0104 +0,0102 +0,0108 +0,0112 +0,0100
Si +0,044 +0,069 +0,073 +0,155 +0,26
Доноры V группы Р As Sb
Ge -0,0120 -0,0127 -0,0096
Si -0,044 -0,049 -0,039
Другие примеси Li Си Ag Аи Zn Cd
Ge -0,0093 +0,045 +0,13 +0,05 +0,03 +0,05
+0,32 -0,39 +0,15 +0,09 +0,16
-0,26 -0,029 -0,20
-0,04
Si -0,033 +0,39 +0,092
-0,30 +0,30
Ge можно сплавить с Si в любых соотношениях, хотя приготовление
монокристаллических образцов сплавов с соотношением концентраций Si и Ge,
лежащим между 15% и 95%, затруднительно. Обзор свойств сплавов Ge/Si
сделали Херман, Гликсман и Парментер [15]. Подвижность электронов в таком
материале уменьшается от значения в чистом Ge до значения 500 см2-В-1-с_1
в сплаве, содержащем 15% Si, и затем по мере увеличения концентрации Si
постепенно возрастает до величины, соответствующей подвижности электронов
в чистом Si.
Расплавленные Si и Ge ведут себя как металлы, их удельное сопротивление
растет при повышении температуры. При плавлении удельное сопротивление Ge
уменьшается примерно в 20 раз, достигая •величины около 6,5-10-5 Ом-см.
Свойства жидкого Ge и Si изучил Доминикали [16].
466
13. Полупроводниковые материалы
13.4. Другие элементарные полупроводники
Помимо Ge и Si к элементарным полупроводникам относятся Se, Те и серое
олово (a-Sn), Некоторые полупроводниковые свойства обнаруживает и В,
однако подробно он не изучался. Полупроводниками могут быть и аллотропные
формы других элементов, таких, как S, Р и I, однако как полупроводники
они изучались только в виде напыленных слоев [17].
Свойства Se описал Дженкинс ([8], стр. 49) J). Методы зонной очистки
оказались для этого материала неэффективными, поэтому очистка Se явилась
очень непростой задачей. Напротив, к Те может быть применен метод зонной
очистки, что позволило изучать этот материал в условиях контролируемых
концентраций примеси. При этом особое внимание было уделено выяснению
различных механизмов рекомбинации носителей заряда [18]. Значительный
теоретический интерес представляет зонная структура Те, в особенности ее
сильная анизотропия.
После многих неудачных попыток к этому полупроводнику удалось, наконец,
применить метод циклотронного резонанса (в основном это обусловлено
появившейся теперь возможностью использовать более высокие частоты).
Несмотря на то что Те всегда имеет проводимость /7-типа и до сих пор
легированием не удалось получить Те л-типа, циклотронный резонанс
наблюдался как для термически возбужденных электронов в зоне
проводимости, так и для дырок в валентной зоне. Эти эксперименты
позволили определить эффективную массу электрона в зоне проводимости, она
оказалась равной 0,135 т0. Спектр циклотронного резонанса для дырок, как
оказалось, имеет сложную структуру с несколькими пиками. Это обусловлено
взаимодействием спина электрона с двумя ветвями зоны, вырожденными в
максимуме. Подробности этого спектра изучили Баттон и др. [19], используя
длинноволновое инфракрасное излучение лазеров на HCN и D20 длинами волн
0,337 мм и 0,1186 мм. В свете этих измерений Баттон ([20], стр. 253)
изучил зонную структуру Те и обнаружил, что она находится в разумном
согласии с результатами теоретических предположений.
Некоторое время назад были выполнены исследования серого олова (a-Sn)
[17] и -в основном из измерений фотопроводимости и эффекта Холла -
сделано заключение, что этот материал является полупроводником с
запрещенной зоной шириной 0,08 эВ [21]. На основании результатов более
поздних магнитооптических экспериментов теперь считается, что серое олово
