Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Смит Р. -> "Полупроводники " -> 31

Полупроводники - Смит Р.

Смит Р. Полупроводники — М.: Мир, 1982. — 560 c.
Скачать (прямая ссылка): poluprovodniki1982.pdf
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 219 >> Следующая

Введенная выше картина химических связей дает возможность сделать еще
одно определение полупроводника. Определение, данное в разд. 1.1 и
основанное на ширине запрещенной зоны, приме-
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
79
нимо только к полупроводникам с четко выраженной структурой
энергетических зон, как это описано в предыдущей главе. С другой стороны,
в аморфных материалах хотя и можно выявить зонную структуру, но она не
так четко выражена, как в кристаллических материалах (см. разд. 15.2). В
то же время представление о разрыве химической связи не зависит от
дальнего порядка в расположении атомов. Поэтому материал можно считать
полупроводником, если требуется небольшая энергия АЕ (скажем, 0<А?<2 эВ)
для разрыва химической связи и, следовательно, освобождения электрона,
который уже может участвовать в электропроводности. Естественно, при этом
предполагается, что если нет разорванных связей, то нет п электронов,
которые могли бы принять участие в электропроводности, т. е. химическая
связь в материале построена на основе замкнутых электронных оболочек.
Здесь ничего не говорится о том, насколько эффективно электрон,
освободившийся благодаря тепловому или Ьптическому возбуждению, сможет
участвовать в электропроводности. Если он окажется малоподвижным, то
данный материал будет вести себя как диэлектрик. Как бы то ни было, в
принципе величину А? можно получить, измеряя зависимость поглощения
инфракрасного или оптического излучения от длины волны, и, таким образом,
доказать наличие полупроводниковых свойств материала. По-видимому, это
определение является более фундаментальным, чем сделанное ранее.
Более полно проблему химической связи в полупроводниках рассмотрели
Моозер и Пирсон [13]. Взаимосвязь между подходами на основе химической
связи и на основе структуры энергетических зон очень наглядно изложил
Филлипс 114].
3.4. Примеси замещения в полупроводниках
В качестве простейшего и вместе с тем технологически чрезвычайно важного
примера примеси замещения можно указать на элементы III или V групп в
качестве примесей в полупроводниковых кристаллах группы IV. Рассмотрим
сначала атом пятивалентного As в кристалле Ge. Четыре из пяти валентных
электронов атома As вместе с четырьмя непарными электронами,
принадлежащими четырем ближайшим соседним атомам Ge, образуют систему
двухэлектронных связей, описанную выше. Пятый электрон, будучи, так
сказать, лишним, оказывается весьма слабо связанным с атомом As. Ниже мы
произведем приближенную оценку величины энергии связи этого электрона с
атомом .примеси. Она оказывается настолько малой, что при комнатной
температуре все атомы As в Ge теряют свои лишние электроны. В этом случае
говорят, что все атомы As ионизованы. С другой стороны, при очень низких
температурах электроны связываются с атомами As. Сказанное иллю-
80
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
II II II
Gc Gc- .... Ge-----=Ge-
zGc As+z=^:Gc- Gc:
Ионизованная
донорная
примесь
:Gc . ^^Gc- : Ge Ge~
II II II II
Электрон
Озоне
проводимости
II II
Gc~ =Gc= " ~ Gc: =Gc
-Ge----------As~ Gc: =(>:
Нейтральная
донорная
примесь
iGe:
:Ge Gc
II
:Ge:
II
Рис. 3.14. Атом элемента V группы в решетке Ge или Si.
зт проводимости
г * _____________________________________ Заполненный
-i-*" -ixj- ------------- донорный
уровень
Пустой, донорный уровень
Валентная зона
Рис. 3.15. Зонная схема для донорной примеси замещения (атом элемента V
группы). Точкой обозначен электрон.
стрируется на рис. 3.14. На языке зонной теории это означает, что каждый
атом вносит один, локальный уровень, лежащий на небольшой глубине под
дном зоны проводимости. При очень низких температурах этот уровень занят
электроном. При обычных температурах он пуст, причем на каждый незанятый
уровень приходится
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
81
по одному электрону в зоне проводимости (рис. 3.15). Поэтому такой тип
примеси носит название донорной примеси. Сказанное относится и к другим
атомам элементов V группы, таким, как Р и Sb. Тот факт, что атомы
элементов V группы действительно образуют примесь замещения, следует из
различных наблюдений, в частности из определения величины скорости
диффузии этих примесей в кристалле; однако и сам факт, что они ведут себя
в кристалле так, как это было описано выше, также является убедительным
тому доказательством.
Интересно отметить, что положительный ион As+, образовавшийся после
перехода лишнего электрона в зону проводимости, можно рассматривать как
положительную дырку, связанную с атомом As. Поскольку ион As+ неподвижен,
то речь идет о локализованной, неподвижной дырке. Иногда такие
представления оказываются весьма' удобными, так как они согласуются с
моделью образования электронно-дырочных пар. Однако часто достаточно
рассматривать
II II
:Ge:
-Ge:
:Ge:
II
:Ge:
:Ge:
:Ga~:
:Ge:
:Ge:
:Gc =:Gc---------Ge*
II II II
Ионизованная ¦ акцепторная
нтнои
II II II
Geir -Gt= Ge: :Ge:
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 219 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed