Semiconductori foarte dopat - cristalini. 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.
Pentru dopajul slab (vezi dopajul semiconductorilor), atomii de impuritate pot fi considerați izolați unul de celălalt. Funcțiile de undă ale electronilor și forcefields U atomilor de impuritate vecine (pentru Coulomb încărcat impurități -. Ioni elastice - 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 îndeplinite inegalitățile:
Aici - cf. distanța dintre atomii de impuritate vecine aB - Bohr raza atomilor de impuritate în cristal, r0 - raza de screening Coulomb potențială impuritate ion electric. câmpul purtătorilor cu sarcină liberă încărcat opus. Inegalitatea (1) determină absența suprapunerii funcțiilor de undă a electronilor, 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 creșterea concentrației de impurități N, condițiile (1) și (2) sunt încălcate. Mai întâi, inegalitatea (2) încetează să mai fie îndeplinită, deoarece, pe măsură ce N crește, atomii de impuritate converg și electronul localizat în potențialul U în unul dintre ei începe să experimenteze un efect de la atomii învecinați. În același timp, energie. Nivelul electronului impurității este oarecum schimbat, dar nivelurile de impurități rămân discrete. Amestecarea nivelurilor depinde de aranjarea reciprocă a atomilor de impuritate. Randamentul acestui din urmă duce la o răspândire a nivelurilor de impurități relativ la fundul benzii de conducție și la plafonul de valență 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 unde ale 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 nodurilor și heterojuncțiilor pn și altele.
Fig. 2. Energia purtătorilor de sarcină în domeniul impurităților pentru dopajul puternic al unui semiconductor.
Fig. 3. Dependența concentrației purtătorului n0 asupra concentrației de impurități N în cazul formării complexelor neutre (1) și încărcate (2) cu impurități-defecte.
Când N> Nkpnarushaetsya impuritate ionizare echilibru, adică. E. Există o abatere de la egalitatea N0 = N. Acest lucru se datorează formării de impurități kla = sr (complecși). 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 dopanti 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 pentru q = + 1 grupurile nu scad, iar pentru q> +1 ar trebui să crească chiar și n0 în plus față de concentrația de impurități N introdusă, ceea ce este imposibil. 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 folosite în practica de aliere pentru a da proprietăți materiale noi.
Literatură pe semiconductori puternic dopați
- Fistul V. I. semiconductori puternic dopata, M. 1967;
- Fistul "VI I. Grinshtein, PM Rytova," Cu privire la politronizarea impurităților dopante 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 semiconductoarelor dopate, M. 1979.
ȘTIRI ALE FORUMULUI
Cavalerii teoriei eterului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: