Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
нашей быстро развивающейся области. Следует отметить, что многие
полупроводниковые приборы, в особенности униполярные и оптоэлектронные
приборы, находятся в стадии интенсивного развития [1], и в настоящее
время мы еще далеко не полностью понимаем их предельные возможности.
Настоящая книга предназначена для того, чтобы дать читателю физические
основы, необходимые для самостоятельной деятельности в области
полупроводниковой электроники. Более подробные сведения по отдельным
вопросам можно получить в оригинальных работах, список важнейших из
которых приводится в конце каждой главы.
ЛИТЕРАТУРА
1. S. М. Sге Semiconductor Device Development in the 1970s and 1980s - A
Pej> spective, IEEE Tech. Dig., Int. Electron Device Meet., Washington,
D. Gw Dec., 1980.
Часть I Физика полупроводников
Глава 1
ФИЗИКА И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ
1.1. ВВЕДЕНИЕ
Физика полупроводниковых приборов, естественно, определяется физическими
свойствами самих полупроводниковых материалов. В данной главе содержатся
самые необходимые для понимания работы полупроводниковых приборов
сведения. Для более детального изучения физики полупроводников следует
воспользоваться стандартными учебниками х) и обзорными статьями Данлэпа
[1], Маделунга [2], Молла [3], Мосса [4] и Смита [5].
Основное внимание в главе уделено трем важнейшим полупроводниковым
материалам: германию (Ge), кремнию (Si) и арсе-ниду галлия (GaAs).
Германий и кремний -наиболее изученные в настоящее время полупроводники.
В последние годы интенсивно изучается арсенид галлия, физические свойства
которого отличаются от свойств кремния и германия. В частности, структура
его энергетических зон, допускающая возможность прямых оптических
переходов, интересна с точки зрения оптоэлектронных приложений, а
междолинные переходы и высокая подвижность электронов-для генерации СВЧ-
излучения.
1.2. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
Кристаллическую решетку определяют три базисных вектора а, b и с, таких,
что любая трансляция на Еектор
R = та. --J- nb + рс, (1)
представляющий собой линейную суперпозицию базисных векторов (т, п и р -
целые числа), переводит кристаллическую решетку саму в себя [6].
1 Для этой цели можно рекомендовать отечественные монографии,
например: В. Л. Бонч-Бруевич, С. Г. Калашников, Физика полупроводников,
Наука, Москва, 1977; А. И. Ансельм, Введение в теорию полупроводников,
Наука, Москва, 1982. - Прим. перев.
12
Г лава 1
Л=7\\
Простая кубическая (Р т.д)
Объемно1- центрированная кубическая
(щ w т.д.)
Гранецентри-
рованная
кубическая
(/11, Ли. /77. &)
Ячейка цинковой обманки (ва/fs, баР т.д.)
Ячейка алмаза (С, 6е, 5с т. д.)
Рис. 1. Основные злементар! ые ячейки прямых решеток и кристаллическая
структура ряда элементарных полупроводников и полупроводникорых
соединений (а - постоянная решетки).
На рис. 1 показаны построенные на базисных векторах простейшие
элементарные кристаллические ячейки. Большинство важнейших
полупроводников имеет кристаллическую структуру типа алмаза или цинковой
обманки, которые относятся к тетраэдрическим фазам, где каждый атом
окружен четырьмя эквидистантными ближайшими соседями, расположенными в
вершинах соответствующего тетраэдра. Связь между двумя ближайшими
соседями обусловлена парой электронов с противоположными спинами. Решетки
алмаза и цинковой обманки можно представить как две гранецентрированные
кубические решетки, сдвинутые относительно друг друга на четверть
объемной диагонали элементарной ячейки. В алмазоподобных полупроводниках
(таких, как кремний) в узлах той и другой подрешетки находятся атомы
кремния. В решетках типа цинковой обманки (например, в арсе-ниде галлия)
одну подрешетку составляют атомы галлия, а другую - атомы мышьяка.
Арсенид галлия является соединением типа AmBv, поскольку образован
элементами III и V групп периодической системы Менделеева. Большинство
полупроводниковых соединений типа AmBv кристаллизуется в решетку типа
цинковой обманки [2, 7]. Многие полупроводники,однако,а среди
Фивика и свойства полупроводников
13
них и некоторые соединения AHIBV, кристаллизуются в решетку типа вюрцита
либо каменной соли. Решетка вюрцита показана на рис. 2, а. Ее также можно
представить как две вставленные друг в друга плотноупакованные
гексагональные подрешетки (например, кадмия и серы в случае CdS). Как и в
решетках типа цинковой обманки, в структуре вюрцита отдельный атом также
находится в тетраэдрическом окружении четырех ближайших соседей. На рис.
2, б показана решетка каменной соли, которую можно рассматривать как две
гранецентрированные кубические решетки, вставленные друг в друга. В этой
структуре каждый атом окружен шестью ближайшими соседями.
cd
S
а
Рис. 2. Две элементарные ячейки решеток полупроводниковых соединений.
а - ячейка решетки вюрцита (CdS, ZnS и т. д.); б - ячейка решетки
каменной соли (PbS, РЬТе и т. д.).
14
Глава 1
(юо), х О to) ? Off)
Рис. 3. Индексы Миллера основных плоскостей кубического кристалла.
