ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Стеклообразные и аморфные полупроводники из "Новые материалы в полупроводниковой электронике " Некристаллические полупроводниковые материалы можно разделить на два больших класса стеклообразные и нестеклообразующие, или аморфные. [c.11] Стеклообразные полупроводники могут быть изготовлены как в виде объемных образцов методом охлаждения расплава, так и в виде тонких пленок, получаемых различными методами вакуумного напыления. [c.11] Твердые вещества, получаемые охлаждением расплава ниже температуры плавления, в зависимости от соотношения между скоростями охлаждения и кристаллизации расплава обладают либо кристаллической, либо некристаллической структурой. Понижение температуры расплава вызывает резкий рост его вязкости, что затрудняет перестройку атомов материала в кристаллическую решетку. Если скорость охлаждения невелика, атомы успевают сгруппироваться в кристаллическую решетку до того, как увеличивающаяся вязкость расплава ограничит возможность их взаимного перемещения. При больших скоростях охлаждения вязкость возрастает значительно раньше, чем образуется кристаллическая решетка, и взаимное расположение атомов в образовавшемся твердом теле остается близким к их расположению в расплаве, т. е. образуется некристаллический материал (стекло). [c.11] Особенностью стекол является то, что при нагреве они сначала размягчаются (переходят из твердого состояния в высокоэластичное), а затем при дальнейшем увеличении температуры может произойти кристаллизация (переход к кристаллической структуре). [c.12] В зависимости от химического состава стеклообразные материалы могут быть диэлектриками, полупроводниками и проводниками. Типичными представителями стеклообразных полупроводников являются халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП), которые представляют собой сплавы халькогенов — элементов шестой группы периодической системы (серы 5, селена 5е или теллура Те) с элементами пятой (мышьяк Аз, сурьма 5Ь) или четвертой (кремний 51, германий Ое) групп. К этим же материалам относят элементарный халькоген — стеклообразный селен. [c.12] Большая склонность этих материалов к образованию стекол связана с присутствием атомов халькогена, которые, как правило, двухвалентны и образуют две сильные (ковалентные) химические связи с соседними атомами. С одной стороны, это приводит к образованию молекул в виде длинных цепочек или слоев и обусловливает высокую вязкость расплава, препятствующую кристаллизации при его охлаждении. С другой стороны, атомы халькогена, связанные с соседними атомами лишь двумя химическими связями, играют роль шарниров , благодаря которым отдельные фрагменты молекулы могут легко поворачиваться относительно друг друга. Это позволяет таким молекулам принимать разнообразные геометрические формы в зависимости от расположения соседних молекул, что также препятствует перестройке атомов в кристаллическую решетку, т, е. кристаллизации материала. [c.12] Пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников применяют для создания элементов памяти в микросхемах перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств ЭВМ, передающих телевизионных трубок (видиконов), фоточувствительных сред для записи оптической информации, а также в качестве неорганических фото- и электронных резистов при производстве изделий микроэлектроники. [c.12] Шую жесткость. Поэтому при охлаждении расплава чрезвычайно трудно получить какую-либо конфигурацию взаимного расположения атомов, отличную от кристаллической решетки, и создать таким методом некристаллический материал не удается. [c.13] Аморфные полупроводники изготовляют в виде тонких пленок напылением или осаждением на подложку. Если температура подложки невысока, попадающие на нее атомы не имеют достаточной энергии для перемещения (миграции) и не могут выстроиться в кристаллическую рещетку. В результате образуются пленки с некристаллической структурой, характерной особенностью которых по сравнению со стеклами является отсутствие эфф кта размягчения. В процессе нагрева такой материал при некоторой температуре переходит из твердого некристаллического состояния в кристаллическое. [c.13] Известные сравнительно давно пленки аморф Ного кремния не имели, однако, какого-либо серьезного практического применения, что было обусловлено в первую очередь невозможностью управления их свойствами, поскольку образование некристаллической трехмерной сетки атомов приводит к возникновению большого количества разрывов связей между атомами в тех местах, где расстояния между ними существенно превышают длину химической связи. Такие разрывы, называемые точечными дефектами (рис. 5, а), вызывают появление в запрещенной зоне дополнительных локализованных состояний. Поскольку количество (концентрация) точечных дефектов в пленках аморфного кремния велико, велика и плотность создаваемых ими локализованных состояний в запрещенной зоне. [c.13] Легирование, применяемое для управления свойствами кристаллических полупроводников, в этом случае оказывается полностью-неэффективным. Действительно, плотность состояний донорных (или акцепторных) уровней, возникающих в запрещенной зоне полупроводника при его легировании примесью, остается много меньше плотности локализованных состояний, обусловленных дефектами. Поэтому донорные (акцепторные) уровни не оказывают серьезного влияния на свойства некристаллического материала. [c.13] Распределения плотности состояний в пленках аморфного кремния, не содержащих (а-51) и содержащих (а-5 Н) водород, показаны на рис. 5, в. Сравнивая этот рисунок с рис. 4, г, можно увидеть, что даже в аморфном кремнии, содержащем водород, хвосты валентной зоны, зоны проводимости, а также зона разрешенных состояний в середине запрещенной зоны перекрывают друг друга, образуя непрерывное по энергии распределение локализованных состояний в запрещенной зоне. Однако плотность этих состояний во много раз меньше плотности локализованных состояний аморфного кремния, не содержащего водород. В аморфном кремнии, содержащем водород, плотность состояний примесных (донорных или акцепторных) уровней в запреш,енной зоне выше, чем обусловленных дефектами. В этом случае электрофизические свойства пленок аморфного кремния определяются видом и количеством введенной примеси. [c.14] Подтверждением роли водорода в формировании свойств пленок аморфного кремния является то, что их получение возможно не только разложением силана, но и другими методами, обеспечивающими присутствие водорода. Аморфный кремний, содержащий водород, называют гидрогенизированным. [c.14] Вернуться к основной статье