Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
- это полуметалл, с шириной запрещенной зоны, равной нулю. Этот вариант
зонной структуры предложили Гровс и Пол [22]. Недавние эксперименты,
** Свойства селена подробно изучались в работах Абдуллаева и сотр. [88].-
Прим. ред..
13. Полупроводниковые материалы
467
Рис. 13.5. Схематическое изображение зонной структуры a-Sn, обладающего
типичной для полуметалла запрещенной энергетической зоной нулевон ширины.
АЕ3 - величина спин-орбитального расщепления.
использующие методику магнитооптических измерений, также подтвердили это
предположение ([23], стр. 47). В схематическом виде зонная структура a-Sn
показана на рис. 13.5. Нижняя ветвь зоны Tg, вырожденной при к=0,
соответствует валентной зоне, а верхняя ветвь соответствует зоне
проводимости. Валентная зона заполнена, однако между ней и зоной
проводимости энергетический зазор отсутствует. Таким образом, серое олово
является не полупроводником, а полуметаллом, (см. разд. 13.8). Пиджен
([23], стр. 47) определил энергетический зазор Д?0 до следующей более
глубокой зоны при к=0, который составляет 0,413 эВ, а это слишком много,
чтобы соответствовать ранее определенной ширине запрещенной зоны 0,08 эВ.
К настоящему времени неясно, почему тщательные измерения, о которых
сообщают Буш и Керн [21], могли дать величину энергии активации, равную
0,08 эВ. Эта величина определенно мала, но заведомо находится в пределах
точности эксперимента. Не исключено, что образцы были изготовлены так,
что они содержали включения примеси, с которых электроны могли быть
возбуждены, минуя запрещенную зону с нулевой шириной, а это могло быть
463
13. Полупроводниковые материалы
истолковано, как наличие некоторой энергии активации. Другой возможной
причиной этого несоответствия могут быть механические напряжения в
кристаллах. Эвальд [24] сделал обзор работ по a-Sn и показал, что наличие
механических напряжений может привести к появлению энергетического зазора
между зоной проводимости и валентной зоной. Однако для получения зазора
шириной в 0,08 эВ потребовалось бы очень сильное механическое напряжение.
13.5. Соединения типа AU1BV
Свойства полупроводниковых соединений типа AmBv впервые подробно изучали
Уэлкер и его сотрудники. Обзор свойств этих материалов сделали Уэлкер и
Вейсс [25], а также Маделунг [26]. Их свойства обсуждали также Хилсум и
Роуз-Инне [27], кроме того, с большими подробностями они обсуждены в
периодическом сборнике [11]. Ульм ([8], стр. 115) довольно подробно
рассмотрел свойства InSb и специально остановился на проблемах, связанных
с выращиванием и очисткой кристаллов. В частности, он обсуждает вопрос о
том, как избежать появления зеркальных граней при выращивании кристалла
из расплава. Наличие такого эффекта (эффект граней) приводит к
неравномерному распределению примесей, InSb оказался основным веществом
для изучения возникновения полосатости в процессе роста кристалла, т. е.
другого проявления неоднородного распределения примесей. Эти вопросы
изучали Уитт и Гатос [28]. Естественно, что поскольку материалы типа АШВУ
содержат не один, а два элемента, то приготовить их в чистом виде или с
небольшим контролируемым содержанием примеси сложнее, чем элементарные
полупроводники. К счастью, нет большой проблемы в получении материалов
этого типа со стехиометрическим составом, так как эти соединения сами по
себе образуют вещества с почти равным числом атомов каждого сорта.
Существует девять соединений типа АтВУ, которые можно получить,
комбинируя In, Ga, А1 с Sb, As, Р. Из всех соединений типа AniBv, InSb
обладает наименьшей шириной запрещенной зоны, которая составляет 0,165 эВ
при 300 К. Изменение ширины зоны с температурой полностью аналогично
такому изменению для Si и Ge, т. е. оно линейно в широкой области
температур, а вблизи абсолютного нуля ширина зоны стремится к постоянной
величине (0,23 эВ). В InSb оптический переход, соответствующий
минимальной ширине запрещенной зоны, является "прямым". На рис. 10.7
показан очень крутой рост поглощения вблизи фундаментального края.
Из девяти двойных полупроводниковых соединений типа А1иВУ пять обладают
"прямой" запрещенной зоной, а четыре - "непрямой". Величины минимальных
значений ширин запрещенных зон ДЕ
13. Полупроводниковые материалы
469
(обозначены как "П" - прямая или "Н" - непрямая) приведены в табл. 13.1.
Отметим высокую подвижность электронов в InSb. При низких температурах
она может превышать 10е см4-В_1-с~*.
Таблица 13.1
Свойства полупроводников типа AluBv (при 300 К)
ДE. sB me/m. *V *v cm* B-1 c_>
InSb 0,18 П 0,014 0,4 78000 750
In As 0,35 П 0,022 0,4 28000 450
GaSb 0,72 П 0,044 0,23 44000 700
InP 1,33 П 0,078 - 5200 150
GaAs 1,42 П 0,065 0,5 8900 400
AlSb 1,62 H - - 200 -
AlAs 2,13 H - - - -
GaP 2,26 H - - 200 100
A1P 2,43 H - - - -
Хорошее приближение к идеальному полупроводнику, имеющему очень малую
скалярную эффективную массу электронов в зоне проводимости и неимеющему
других минимумов энергии вблизи дна Зоны проводимости, представляет собой
