Кабушко145-149. 8 Условие вырождения и концентрация равновесных носителей зарядов в полностью вырожденных полупроводниках
 Скачать 29.67 Kb.
|
|
По данным температурной зависимости концентрации основных носителей заряда частично-компенсированного полупроводника, измеренной в широком температурном интервале можно определить:  §8 Условие вырождения и концентрация равновесных носителей зарядов в полностью вырожденных полупроводниках. В невырожденных полупроводниках везде далее по тексту равновесные носители заряда (зонные электроны и дырки) подчиняются статистике Максвелла (см §2  ). Ей соответствует уровень химического потенциала лежащих в запрещенной зоне полупроводников и удовлетворяет условию:  .При изготовлении туннельных диодов, лазерных и термоэлектрических устройств используются полупроводники, содержащие мелкую примесь с концентрацией  см-3. Ее величина соответствует вырожденному состоянию полупроводника, когда нельзя использовать классическую статистику Максвелла, и когда концентрация носителей заряда не зависит от  .Покажем, что вырождение полупроводника наступает в результате сильного его легирования мелкой примесью. Для определенности будем рассматривать некомпенсированный полупроводник донорного типа (n-типа). Границей его перехода от невырожденного к вырожденному состоянию будем считать условие, что  .Определим концентрацию мелких доноров, удовлетворяющих данному условию.   - критическая концентрация мелких доноров)При низких температурах уровень химического потенциала в некомпенсированных полупроводниках донорного типа определяется соотношением (см §4):  Н с-зона      v-зона   айдем температуру  , которой соответствует максимум зависимости (1). Для этого надо найти производную от и прировнять к 0.     Возведем обе части в степень  , чтобы вытащить температуру. Теперь найдем значение уровня химического потенциала при температуре , т.е. найдем в экстремуме функции . Критическую концентрацию доноров найдем из (5) при условии, что  .  где  , если выражать в эВ, а  в единицах массы (М0e) свободного электрона, то  получается в см-3. Например, если  М0e;  эВ, тогда получим  см-3.Из (6) следует, что для вырожденных полупроводников наиболее пригодные материалы с малыми значениями и . У них вырождения можно достичь за счет небольшого легирования.Например, в кристаллах антимонида индия (InSb), для которых  М0e, а  эВ,  составляет величину:  см-3.Критическая концентрация доноров определяет лишь границу вырождения, но это еще не полностью вырожденный полупроводник, в котором концентрация свободных носителей заряда (зонных электронов и дырок) не должна зависеть от температуры. Расчеты показывают, что полупроводник донорного типа оказывается полностью вырожденным, если  кт., т.е. если уровень  лежит внутри зоны проводимости, на расстоянии не менее 5 кт от ее границы, т.е. от . Найдем концентрацию равновесных электронов в полностью вырожденных полупроводниках донорного типа. Для этого необходимо использовать квантовую статистику Ферми-Дирака (а не классическую статистику Максвелла):  Для вырожденного полупроводника, когда  Подставим (8) в (7) и получим, что:  Из (9) => что концентрация электронов в полностью вырожденном полупроводнике n-типа как и в ??? не зависит от температуры. §9 Электронные состояния аморфных п/п. Аморфные состояния полупроводников образуются при затвердевании переохлажденного расплава, т.е. при быстром его охлаждении. Это приводит к нарушению не только дальнего, но и ближнего порядков. Дальний порядок – это пространственная периодичность твердого тела. Ближний порядок – число и типы ближайших соседних атомов, окружающих данный атом, длины и углы валентных связей (здесь под длиной понимают межатомные состояния). Ближний порядок аморфных полупроводников в основном совпадает с ближним порядком их кристаллических аналогов. Однако небольшие случайные отклонения параметров ближнего порядка приводят к значительным отличиям свойств аморфных полупроводников от свойств кристаллов. Уровень теоретических исследований аморфных полупроводников отстает от уровня их прикладных исследований Особенно широкое практическое применение находят халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП): As2S3, As2Se3, As2Te3. Они обладают рядом уникальных физико-технологических свойств. Отличаются высокой прозрачностью в видимой ИК областях спектра, достаточно большими значениями показателя преломления  , высоким темновым сопротивлением и высокой фото-чувствительностью, способностью к фотоструктурным превращениям, что позволяет применять ХСП для записи оптической информации.На основе ХСП созданы быстродействующие переключатели электрического тока (переключатели Овшинского), время переключения  с. В приборных устройствах используются в основном пленки ХСП – они обладают высокой технологичностью и однородностью. В них отсутствуют неоднородности, характерные для поликристаллических пленок.Пленки ХСП оказались пригодными для создания полосковых волноводов, различного рода ответвителей и различного рода разветвителей, для создания дифракционных решеток, используемых для ввода и вывода оптической информации. Нарушение ближнего порядка в аморфных полупроводниках связаны с точечными дефектами, локальными изменениями длин и узлов валентной связи вариациями плотностей вещества (микропоры). Эти нарушения приводят к образованию в запрещенной зоне аморфного полупроводника локализованных состояний, отщепляющихся от валентной зоны и зоны проводимости. ??? этих состояний будут зависеть от деталей локальной структуры. Поэтому можно ожидать, что они будут распределены по ??? непрерывно в запрещенной зоне аморфного полупроводника. Число локальных «центров», образующих локализованные состояния |