Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
запрещенная энергетическая зона, которая будет лишь ненамного уже
запрещенной зоны подвижностей, которую по-прежнему можно определить как
зону между двумя энергетическими уровнями, разделяющими локализованные и
расширенные состояния.
Конечно, в запрещенной зоне будет существовать некоторое число состояний,
но, как предполагают, они обусловлены "болтающимися" связями, возникшими
в результате наличия микрополостей и других нарушений идеального
беспорядка, либо примесями. Так же как и в случае элементарных
полупроводников, важно быть уверенным, что исследуемый материал не
является поликристалличес-ким. Это не всегда просто выяснить, так как
многие из этих стекол имеют склонность к кристаллизации.
Электропроводность полупроводников этого типа можно описать
экспоненциальным законом о=о0 ехр(-Eg/2kT) при изменении о в пределах 4-6
порядков величины. Если отвлечься от отклонений от этого закона, которые
наблюдаются прн низких температурах, становится ясно, что для
возникновения проводимости требуется термическая активация. Величина Ег
приблизительно равна ширине зоны, полученной с помощью оптических
измерений, однако в точности с ней не совпадает. Эти результаты
укладываются в предложенную модель и показывают, что уровень Ферми в
собственном материале расположен вблизи середины запрещенной зоны (из-за
того, что в знаменателе показателя экспоненты стоит величина 2V.T).
Значения электропроводности при комнатной температуре сильно отличаются
друг от друга, tio обычно имеют величину порядка 10-sOm-1cm-1 и
уменьшаются примерно до 10~(r) Ом-1*см-1 при 150К. Значения подвижностей
(обычно это рн) при комнатной температуре также довольно различны,но
лежат в пределах 0,1- 0,01см?х х В-1с-1 и не так быстро уменьшаются при
понижении температуры (менее чем в десять раз между 300 и 150 К).
Очевидно, эти материалы не очень чувствительны к введению химических
примесей. Электропроводность и подвижность носителей заряда в сплавах
обычно оказывается ниже, чем в исходных материалах. Электрические
свойства стеклообразных полупроводников рассмотрел Фритцше (121, стр.
211).
15.7.1. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Широко изучались также оптические свойства аморфных материалов ([21, стр.
159). Свойства стеклообразных полупроводников более воспроизводимы и
меньше изменяются от образца к образцу, чем это имеет место для
элементарных аморфных полупро-
538
15. Аморфные полупроводники
Рис. 15.4. Коэффициент поглощения а в a-As2S3 [21].
водников. Почти наверняка это обусловлено трудностями приготовления
бездефектных пленок аморфных элементарных полупроводников. На рис. 15.4
представлена спектральная кривая поглощения в As2S3, которую получили
Косек и Тауц 121]. Подобная форма спектральной кривой поглощения
характерна для многих стеклообразных полупроводников. Спектр поглощения
можно условно разделить на три части: 1) длинноволновый хвост, форма
которого иногда описывается правилом Урбаха (см. разд. 15.4.1); 2)
экспоненциальная часть, которая перекрывает интервал изменения величины
коэффициента поглощения в пределах четырех-пяти порядков, и для которой
наклон почти не зависит от температуры (за исключением самых высоких
температур); 3) область сильного поглощения, которую можно описать
степенным законом a-(hv-EQr/hv. Из него может быть получена "оптическая"
запрещенная зона E°t. Параметр г обычно равен 2, хотя из опыта известны и
другие значения, в том числе 3. Если построить зависимость (/iva)'/* от
Av для области сильного поглощения в AsjS3, как это сделано на рис. 15.5,
то мы получим прямую линию, для которой л=2. Это аналогично изменению,
наблюдаемому в случае непрямого перехода в кристаллическом
полупроводнике.
Интерпретация этих трех участков кривой поглощения с точки зрения
теоретических представлений, описанных в разд. 15.2, рассмотрел Тауц
([2], стр. 159). Считается, что поглощение на участке (3) обусловлено
переходами из расширенных состояний возле вершины валентной зоны на
расширенные состояния в зоне проводимо-
/5. Аморфные полупроводники
539
Рис. 15.5. Область сильного поглощения (см. рис. 15.4), представленная в
виде зависимости (И\а)1/г от Av.
сти. Так как закон сохранения квазиимпульса в нашем случае теряет силу,
то интегрирование по плотности состояний следует производить так же, как
в случае непрямых переходов в кристалле (см. разд. 10.5.3). Так как
плотности состояний NC(E), NV(E) пропорциональны (Е-Ес)'/' и (?т-?)'/",
то для коэффициента поглощения получается квадратичная зависимость от
частоты, так же как и для непрямого перехода. Отклонение величины г от 2
указывало бы либо на иную форму зависимости N(E), либо на наличие
оптически запрещенного перехода. Экстраполируя линейный участок кривой на
рис. 15.4, можно получить ширину "оптически" запрещенной зоны Eg, которая
соответствует разности величин Ес и Еу, показанных на рис. 15.1.
Предполагается, что участок (2) обусловлен переходами из расширенных
