Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
от краевых дислокаций в InSb. Число дислокаций, пересекающих единицу
поверхности кристалла, может служить мерой его совершенства (см. разд.
8.11).
Полное описание свойств дислокаций в кристаллах со структурой алмаза, в
особенности в Si и в Ge, сделали Александер и Хаа* сен [5].
Полупроводники типа InSb, имеющие кристаллическую структуру цинковой
обманки, являются более сложными; типы дислокаций, которые оказывают
существенное влияние на электрические свойства таких полупроводников,
рассмотрели Гатос и др. [6].
3.1.4. УПОРЯДОЧЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ
Распределение дислокаций в объеме кристалла может быть, вообще говоря,
полностью хаотичным. Было найдено, однако, что в кристаллах,
подвергавшихся отжигу, дислокации очень часто стремятся сгруппироваться,
выстраиваясь в виде дислокационных "стенок". Иногда такие дислокационные
стенки в свою очередь образуют трехмерную сетку, охватывающую весь
кристалл. Селение этой структуры плоскостью представляет собой сетку
многоугольников, как было наглядно показано на примере бромида серебра в
работе Митчелла [8], использовавшего для этой цели фотолитичес-кое
осаждение серебра на дислокациях. Дислокационные стенки можно видеть на
рис. 3.4. Весьма интересная разновидность параллельных краевых дислокаций
возникает на границах слабо разориентированных относительно друг друга
зерен кристалла. Она является обычной формой несколько более крупных
несовершенств существующих в кристаллах. В этом случае атомные плоскости
двух соседних зерен кристалла, вместо того чтобы быть параллельными, как
в идеальном кристалле, образуют между собой небольшой угол 0, другими
словами, малоугловую границу (рис. 3.5). Это эквивалентно введению серии
дополнительных атомных полуплоскостей, что в конечном итоге эквивалентно
появлению ряда параллельно расположенных краевых дислокаций (рис. 3.6).
Расстояния d между дислокациями при малых углах 6 равны а/6, где а -
межатомное расстояние в направлении скольжения. Тогда число дислокаций,
приходящееся на единицу длины границы между зернами, равно 6/а.
Если прямой кристаллический стержень прямоугольного сечения изогнуть по
окружности с большим радиусом кривизны, то деформированный кристалл может
рассматриваться как состоящий из большого числа слегка разориентированных
относительно друг друга кристаллов. Таким образом, деформация изгиба
порождает множество краевых дислокаций, параллельных оси изгиба. В этом
случае дислокации должны распределяться равномерно по кристал-
70
3. Примеси и несовершенства а кристаллах
Рис. 3.5. "Малоугловая" граница зерен.
\
Рис. 3.6. Дислокация у границ зерен.
лу. Их количество может быть сосчитано, что позволяет проверить
надежность метода травления, обычно используемого для подсчета числа
дислокаций. Деформация изгиба может служить также для изготовления
образцов с заданным числом дислокаций, параллельных одной и той же оси в
кристалле (см. разд. 8.11). Монокристаллы часто состоят из большого числа
блоков, весьма слабо разориентированных относительно друг друга. Если же
углы между эквива-
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
71
лентными атомными плоскостями на границе блоков не очень малы, то
кристалл перестает быть монокристаллом и его следует рассматривать скорее
как поликристаллическое тело, состоящее из отдельных кристаллических
зерен. В предельном случае взаимная ориентация зерен в поликристалле
может быть совершенно случайной. Между отдельными зернами могут даже
существовать микротрещины. Многие из ранних работ, посвященных
полупроводникам, были выполнены именно с такими несовершенными
материалами. В современных работах стремятся по возможности исследовать
монокристаллы без заметных границ между блоками.
3.2. Химическая связь в полупроводниках
Прежде чем приступить к более подробному исследованию примесей и дефектов
в полупроводниках, полезно рассмотреть различные виды химической связи
между атомами, удерживающей их в кристаллах. Теория химической связи
представляет собой один из возможных путей трактовки проблемы электронной
структуры твердых тел. Однако мы ограничимся лишь некоторыми
элементарными соображениями, которые проливают свет на довольно
характерные свойства полупроводников.
3.2.1. ИОННАЯ СВЯЗЬ
Образование замкнутых электронных оболочек играет главную роль как в
теории строения атома, так и в теории химической связи в твердых телах.
Важнейшим примером замкнутой электронной оболочки являются внешние
оболочки благородных газов, таких, как Ne, Аг, Кг и т. д., состоящие из
восьми электронов: двух электронов в s-состоянии и шести электронов в p-
состоянии. В таких оболочках все разрешенные s- и р-уровни заполнены, и
на каждом уровне содержится по два электрона с противоположными спинами.
Такие восьмиэлектронные замкнутые оболочки образуют очень устойчивые
конфигурации с весьма низкой энергией. Поэтому неудивительно, что даже
при сближении атомов у них наблюдается тенденция к сохранению таких
