Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Смит Р. -> "Полупроводники " -> 35

Полупроводники - Смит Р.

Смит Р. Полупроводники — М.: Мир, 1982. — 560 c.
Скачать (прямая ссылка): poluprovodniki1982.pdf
Предыдущая << 1 .. 29 30 31 32 33 34 < 35 > 36 37 38 39 40 41 .. 219 >> Следующая

выйти на поверхность кристалла и там аннигилировать. При этом, однако, не
учитывается возможность образования двойных вакансий. На самом деле такие
комплексные дефекты возможны, но соответствующая энергия образования
настолько велика, что их число обычно очень мало *). Равенство (3.5)
можно вывести, если процесс образования и взаимной аннигиляции анионной и
катионной вакансий промоделировать с помощью бимолекулярной химической
реакции в виде
Va + Vc^S+AW, (3.6)
где S - пара вакансий, вышедших на поверхность кристалла,
AW - энергетический эффект реакции. Закон действующих масс2) имеет в этом
случае вид
[VA}^C] -ПТ). (3.7)
Поскольку изменение [S] мало при условии, что концентрации [Уд] и IVс]
малы по сравнению с концентрацией атомов, формулу
(3.7) можно переписать в виде (3.5). Эту формулу можно также представить
в виде
1Уа] [Ус] = [У9]г. (3.7а)
где [У91 - концентрация катионных или анионных вакансий в кристалле
стехиометрического состава. Из (3.7а) следует, что если
Х) Подробно о методе исследования вакансий на основе термодинамических
соотношений для химического равновесия см. [15-17].
2> Этот тип уравнений приведен во многих учебниках по термодинамике (см.,
например, [18]).
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
89
УА]^>[Ка], то должно быть I Vcl<^[ V,], и наоборот. Функцию К(Т) уюжно
представить в виде (см. [18])
K(T) = [F(T)Yexp[--$?], (3.8)
где F(T) слабо зависит от температуры по сравнению с ехр(-&WI2kT).
Поэтому
Ka=F(r)exp[-|^]. (3.9)
В кристаллах с большим значением энергии активации A W число вакансий
невелико. Такая ситуация имеет место, по-видимому, в InSb (сМ. разд.
13.5). Вместе с тем в солях свинца PbS, PbSe, РЬТе вакансии, по-видимому,
образуются гораздо легче (см. разд. 13.6).
Рассмотрим теперь подробнее влияние избытка одного из компонентов на
примере двухатомного ионного кристалла, построенного из одновалентных
ионов. Такие кристаллы являются обычно ионными проводниками, например
NaCI, который считается типичным представителем кристаллов этого класса.
Предположим, что избыточные атомы Na занимают нормальные положения в
узлах решетки. Эти узлы они занимают в виде ионов Na+, поэтому каждый
избыточный атом Na отдает по одному избыточному электрону. С каждым
избыточным атомом Na в кристалле можно сопоставить избыточную вакансию,
занятую анионом С1~. Такая вакансия обладает единичным эффективным
положительным зарядом, поэтому она притягивает электрон. Освобожденный
избыточным атомом Na электрон захватывается этой вакансией и заряд ее
нейтрализуется. Эго сочетание электрона с анионной вакансией,
обозначаемое обычно символом Va, показано на рис. 3.20 на примере
кристалла NaCI. В галогенидах щелочных металлов энергия связи электрона в
анионной вакансии порядка 0,5 эВ. Такие образования, известные под
названием F-центров, приводят к окрашиванию кристаллов гало-генидов,
содержащих избыток металла. В этих кристаллах F-центры могут захватить по
второму электрону и превратиться в дважды заряженные вакантные центры Уд-
или F'-центры. При избытке анионов, т. е. ионов С1~, каждый атом галогена
должен освободить положительную дырку, которая захватывается вакансией
катиона и образует К?-центр.
В полупроводниках мы обычно имеем дело с двухвалентными ионами, и энергия
связи электрона, захваченного анионной вакансией, как правило, настолько
мала, что вакансия легко ионизуется (если температура кристалла не очень
низка) и электрон попадает в зону проводимости. Как известно, в PbS,
например, каждый избыточный атом свинца отдает при обычных температурах
по одному электрону в зону проводимости. Однако если допустить, что
кристалл состоит из ионов РЬ*+ и S*~, то с каждого избыточного иона
90
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
С1~ Ш
а-
/ •:
I у 1 Na+
I у Na*
\ У,' 51
¦ч /
CI' N"4- Cl-
Рис. 3.20. F-центр (Уд-центр) в решетке NaCI,
РЬ2+ освобождается по два электрона. Вакансия VA теперь уже дважды
заряжена по отношению к случаю идеального кристалла и может присоединить
к себе два электрона. Один электрон захватывается вакансией на глубоко
лежащий уровень, образуя V\-центр. Такой центр обладает единичным
отрицательным зарядом. Присоединяя к себе второй электрон, Рх-дентр
превращается в Уд"-центр. При обычных температурах Уд~-центры ионизуются
с образованием УХ'ДентРа и свободного электрона. Аналогичным образом
можно предположить также существование У3С+ -центров и У?-центров,
которые могут играть важную роль при избытке анионов, например при
избытке S в кристаллах PbS. В этом случае каждый избыточный атом серы
должен был бы освободить положителную дырку. Однако на опыте это не
всегда так. В CdS, например, при комнатной температуре избыточнее атомы
Cd поставляют свободные электроны, тогда как избыточные атомы серы не
дают свободных дырок. Это означает, что акцепторный уровень,
соответствующий Vq -центру, расположен слишком далеко от потолка
валентной зоны, чтобы он мог ионизоваться при комнатных температурах.
Предыдущая << 1 .. 29 30 31 32 33 34 < 35 > 36 37 38 39 40 41 .. 219 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed