Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
качестве приложения к данному тому несколько более элементарную теорию
энергетических спектров электронов в твердых телах 1( В тексте по мере
необходимости используется математический аппарат, однако всегда в
наиболее простом виде.
Раздел книги, посвященный методам измерений, должен в основном ознакомить
читателя с принципиальной стороной этого вопроса. Подробные сведения о
деталях измерительной аппаратуры можно, как правило, почерпнуть из
оригинальных статей, на которые в соответствующих местах книги даются
ссылки. Автор не стремился составить исчерпывающий перечень таких статей,
это было бы слишком трудной задачей. К счастью, обширная библиография
имеется в обзорных работах, указанных в данной книге; кроме того, в
ежегодном издании реферативного журнала Semiconductor Abstracts 2)
приводятся аннотации статей, посвященных исследованию полупроводников.
Представление о количестве этих работ можно составить на основании того
факта, что выпуск журнала за 1957 г. содержит аннотации 1258 статей,
вышедших в 1955 г. Наша цель заключалась лишь в том, чтобы обратить
внимание читателя на одну-две наиболее важные статьи, в которых впервые
освещено то или иное исследование, а также на несколько более поздних
ключе-
'> Автор имеет в виду книгу Wave Mechanics of Crystalline Solids (Chapman
and Hall, John Wiley and Sons, 1961). - Прим. ред.
2> Semiconductor Abstracts (John Wiley and Sons, New York, начиная с 1955
г.).
14
Из предисловия автора к первому изданию
вых работ. С помощью этих данных читатель, как правило, сможет составить
себе более полный список работ по интересующему его вопросу.
Я благодарю моих коллег из Королевского института радиолокации за большую
помощь при подготовке книги. В частности, много ценной информации по
различным техническим вопросам и по форме их изложения я вынес из
многочисленных бесед с д-рами А. Ф. Гибсоном, Е. Дж. С. Пэйджем, К. А.
Хогартом, Е. X. Пат-ли. Я глубоко благодарен м-ру В. Е. Дж. Фарвису за
то, что он подал мне мысль о написании этой книги и организовал чтение
лекций, из которых в дальнейшем и выросла книга; д-ру Д. Шенбергу за
полезную критику и за советы по способу изложения материала. Многие
авторы любезно позволили использовать рисунки из их оригинальных статей;
благодарности им приводятся в тексте. Я хотел бы выразить свою
признательность также авторам обзорных статей, в особенности тех, которые
перечислены в библиографии - без этих статей задача по написанию книги
была бы неизмеримо сложнее.
Малверн, 23 июля 1958 г.
1
ПРОСТЕЙШИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ
1.1. Ранние исследования, посвященные полупроводникам
История изучения свойств веществ, которые в настоящее время относят к
классу полупроводников, насчитывает более ста лет. Только на современном
этапе развития науки о полупроводниках, при том понимании объекта
исследования, которое достигнуто ныне, можно в полной мере оценить
огромные трудности, стоявшие на пути многих ранних исследований. Чистота
материалов, доступных в то время, была чрезвычайно низкой. Сейчас хорошо
известно, что для получения надежных результатов при изучении свойств
полупроводников необходимо использовать образцы из чрезвычайно чистого
вещества. И если, несмотря ни на что, полупроводники все же были четко
выделены в самостоятельный класс веществ и удалось определить их главные
отличительные особенности задолго до того, как возникла теория,
объясняющая эти свойства, то этим мы обязаны только высокому мастерству
первых экспериментаторов. Неудивительно, что в таких условиях допускались
и ошибки. Некоторые вещества, причисленные в то время к разряду
полупроводников, оказались металлами, другие элементы, считавшиеся ранее
металлами, в чистом виде оказались типичными полупроводниками.
Первым характерным признаком, отличающим проводники электричества этого
класса от других плохих проводников и от металлов, является отрицательный
температурный коэффициент сопротивления; иными словами, в отличие от
металлов сопротивление полупроводников, как правило, падает с ростом
температуры.
Фарадей [1] был, по-видимому, первым, кто отметил это обстоятельство при
исследовании сернистого серебра. В настоящее время хорошо известна
ограниченность этого критерия: в определенном температурном интервале
сопротивление полупроводника может увеличиваться с ростом температуры,
особенно при наличии в нем достаточного количества примесей. Однако при
дальнейшем повышении температуры всегда можно достичь такой точки, выше
ко-
16
1. Простейшие свойства полупроводников
торой сопротивление с ростом температуры быстро падает. С другой стороны,
некоторые металлические пленки, а иногда даже поли-кристаллические
образцы металлов обнаруживают отрицательный температурный коэффициент
электросопротивления. Теперь известно, что эти эффекты связаны с наличием
оксидных пленок или существованием трещин между отдельными кристаллами,
но в свое время они привели к тому, что металлы титан и цирконий были
