SEMICONDUCTOR STRAT-LOADED - cristalin. semiconductoare. în care atomii de impuritate (ioni) sunt distribuiți aleatoriu în rețea, iar concentrația lor N depășește un anumit criteriu. concentrația este Ncr. Un spinel este un sistem neordonat de impurități în interiorul unui singur cristal comandat. semiconductor matrice.
Când ușor dopate (vezi. Doparea semiconductorilor) atomilor de impuritate pot fi considerate izolate una de alta. Wave electroni FCT și forcefields U atomii de impuritate învecinate (Coulomb pentru impurități încărcate. - ionii rezilient - pentru atomi neutri) nu se suprapun (figura 1a.).
Fig. 1. Dependența densității stărilor impurităților de energia lor pentru un semiconductor slab dopat (a); la un nivel mediu de dopaj (b); cu dopaj puternic (c).
Din punct de vedere cantitativ, condiția pentru dopajul slab este satisfăcută atunci când sunt satisfăcute inegalitățile:
Aici - cf. distanța dintre atomii de impuritate învecinate, aB este raza Bohr a atomului de impuritate din cristal și r0 este raza de selecție a potențialului Coulomb al ionului de impurități al câmpului electric. câmpul purtătorilor cu sarcină liberă încărcat opus. Inegalitatea (1) determină absența suprapunerii funcțiilor valurilor electronice, inegalitatea (2) - câmpurile de forță ale atomilor de impuritate învecinate:
Aici, dialectică. permeabilitatea cristalului. Valoarea lui r0 depinde de concentrația purtătorilor de sarcină gratuit n0. adică pe concentrația de impurități TV. Pentru cazurile de gaz purtător nedegenerat și complet degenerat
unde m * este eff. masa suporturilor de încărcare.
Cu o creștere în condițiile concentrației impurităților N (1) și (2) sunt rupte. Mai întâi se oprește inegalitatea (2), m. K. N crescând atomi de impuritate și convergând de electroni localizate în puțul potențial U unul dintre ei începe să fie afectat de atomii învecinate. În același timp, energie. nivelul de electroni impuritate mutat oarecum, dar nivelele de impurități rămân discrete. Amestecarea nivelurilor depinde de poziția relativă a atomilor de impuritate. Randomizarea celor din urmă duce la răspândirea nivelurilor de impurități față de partea inferioară a benzii de conducție și valența în diferite părți ale cristalului. Aceasta se manifestă prin lărgirea nivelului de impuritate, clasic (figura 1, b).
Cu o creștere suplimentară în N, inegalitatea (1) este încălcată. Datorită suprapunerii funcțiilor de undă a electronilor atomilor învecinați, nivelele discrete se extind atât de mult încât sunt transformate într-o bandă de impurități. În timp ce în semiconductor sunt reținute nivelurile de impuritate extinsă sau o bandă de impuritate separată, nivelul de dopaj este referit la nivelul mediu (sau intermediar). Pentru o concentrație suficientă de impurități, ambele inegalități sunt complet încălcate. Zona de impurități continuă să se extindă și la un punct critic. Concentrația Nkp, se îmbină atât cu banda de conducție, cât și cu banda de valență (figura 1, c). Densitatea stărilor se dovedește a fi diferită de 0 practic în întreaga bandă interzisă a semiconductorului ("cozile" densității stărilor). În plus, gazul transportatorilor de sarcină nu mai respectă statisticile Boltzmann; devine degenerat și respectă statisticile lui Fermi.
Cu dopajul puternic, electronul interacționează simultan cu mai multe. Atomii de impuritate, numărul și coordonatele acestora din cauza haoticului. distribuțiile sunt diferite în diferite părți ale cristalului. Ca rezultat, potențial. Energia U a electronilor de impurități dobândește un caracter aleator, ceea ce duce la ondularea zonelor (figura 2).
"Cozi" de densitatea stărilor și fluctuațiile acestora. caracterul se manifestă în conductivitatea electrică (vezi Leading Conduction, Teoria curgerii). în fotoconductivitate (o creștere gigantică a duratei de viață a purtătorilor de sarcină), în electroluminescența joncțiunilor și heterojuncțiilor pn și altele.
Fig. 2. Energia purtătorilor de sarcină în domeniul impurităților pentru dopajul puternic al unui semiconductor.
Fig. 3. Dependența n0 concentrației purtătoare a concentrației impurităților N în cazul (2) Complexe de impuritate defect neutru (1) și încărcate.
La N> Nkp, echilibrul ionizării-impuritate este încălcat, adică există o abatere de la egalitate n0 = N. Aceasta se datorează formării grupărilor de impurități (complexe). Complexarea poate duce la o schimbare a concentrației purtătorului și a nivelului de impurități a impurității în banda interzisă. Dependența lui n0 (N) (figura 3) are forma:
unde K (T) este constanta de interactiune a atomilor de impuritate, m este numarul de atomi de impuritate dopant in cluster si q este numarul electric. încărcarea clusterului. Pentru N, dependența (6) merge la n0 = N; pentru clustere mari N și neutre
Pentru negativ. Clusterul cu m = 1 (interacțiunea unui atom de impuritate cu un defect de k-l alt punct) curba (6) în regiunea dopajului puternic merge pe platou:
care se transformă atunci când q = -1 în relație
Încărcarea q poate fi numai negativă, deoarece la q = + 1 grupurile nu scad, iar pentru q> +1 ar trebui să crească chiar și n0 în plus față de concentrația de impuritate introdusă de N. care este imposibilă. Complexarea are un efect semnificativ asupra proceselor de împrăștiere și captare a purtătoarelor de sarcină, optice. mecanic. și alte proprietăți. Formarea unor centre cu impurități complexe complexe bazate pe formarea complexă, care posedă un dopant de energie diferit de atomi, și recombinant. caracteristicile utilizate în practica de aliere pentru a da proprietăților materiale noi.
REFERINȚE Fistul, VI, semiconductori puternici dopați, Moscova, 1967; Fistul VI, Grinshtein, PM, Rytova, NS, cu privire la politroniul impurităților doping în semiconductori, FTI, 1970, vol. 4, p. 84; Fair R. W. Weber, G. R. Efectul formării complexe asupra difuziei arsenicului în siliciu, J. Appl. Phys., 1973, v. 44, p. 273; Bonch-Bruevich VL, Kalashnikov SG, Fizica semiconductorilor, M. 1977; Shklovskii BI, Efros, AL, Proprietăți electronice ale semiconductorilor dopați, M. 1979. VI Fistul ".
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: