Аморфные полупроводники

В настоящее время ясно, что аморфные полупроводники можно разделить на три группы. [c.360]

V группы таблицы Менделеева. По своим свойствам эта группа аморфных полупроводников занимает промежуточное положение между халькогенидными стеклами и аморфными полупроводниками с тетраэдрическими связями. [c.360]

Рассмотрим основные свойства аморфных полупроводников. [c.360]

Температурная зависимость электропроводности (на постоянном токе). Предположим, что плотность состояний в аморфном полупроводнике имеет вид, изображенный на рис. 11.6. В рамках этой модели плотности состояний следует различать три механизма проводимости. [c.360]

Проводимость, связанную с носителями, которые возбуждены в нелокализованном состоянии. В этом случае перенос осуществляется аналогично тому, как это имеет место в кристаллических полупроводниках. Опыт показывает, что во многих аморфных полупроводниках ток переносится дырками. Тогда [c.360]

R — расстояние, на которое осуществляется перескок а — некоторый коэффициент, зависящий от степени перекрытия волновых функций (при значительном перекрытии множитель, зависящий от перекрытия, в (11.6) равен нулю) Vф — множитель, зависящий от спектра фононов. Значения Vф могут меняться в широком интервале. Для многих аморфных полупроводников можно принять Тф (10 2 10 3) с-. [c.362]

Рис, 11,8. Зависимость от температуры проводимости аморфного полупроводника, имеющего плотность состояний, изображенную на рис, 11,6 [c.363]

Влияние примесей на электрические свойства аморфных полупроводников. Долгое время считалось, что аморфные полупроводники в отличие от кристаллических нечувствительны к введению в них примесей. Попытки легирования их атомами, которые в кристаллических полупроводниках являются донорами или акцепторами, не приводили к успеху. Одно из объяснений такого поведения было дано Губановым и несколько позднее Моттом. Оно сводится к тому, что в аморфных веществах может осуществляться такая перестройка связей, что все валентные электроны примесного атома будут участвовать в связях. Так, например, в кристаллическом кремнии атом фосфора образует четыре ковалентные связи. Пятый валентный электрон примесного атома в образовании связей не участвует. Предполагается, что в аморфном кремнии (или германии) атом фосфора окружен пятью атомами кремния (рис. 11.10). Если это так, то в аморфных полупроводниках не должны образовываться примесные уровни. [c.364]

Рис. 11.11. Механизм компенсации донорных уровней в аморфном полупроводнике

ПРИМЕНЕНИЕ АМОРФНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [c.369]

В настоящее время наиболее перспективными областями использования аморфных полупроводников считаются следующие. [c.369]

Механизм переключения, так же как и многие, другие свойства аморфных полупроводников, понят в последние годы. Он связан с особенностями электронной структуры халькогенидных стекол. Установлено, что проводящее состояние достигается только тогда,, когда все присутствующие в стекле положительно и отрицательно заряженные ловушки заполняются носителями заряда, возбужденными приложенным электрическим нолем. При этом время жизни инжектированных носителей резко возрастает. Если до заполнения ловушек оно было много меньше времени, за которое носители успевают пересечь всю толщину пленки, то после заполнения ловушек оно становится больше этого времени. Это приводит к увеличению тока и уменьшению напряжения, т. е. наступает проводящее состояние. [c.371]

Аморфные диэлектрики в виде тонких пленок находят широкое применение в микроэлектронике. Во многих таких диэлектриках,, так же как и в аморфных полупроводниках, проводимость (весьма незначительная ) осуществляется путем перескоков из одного локализованного состояния в другое. Энергия активации этого процесса значительно ниже, чем энергия активации примесной проводимости в кристаллических диэлектриках. [c.371]

ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [c.283]

Приведенные данные показывают, что электрические и оптические свойства аморфных полупроводников похожи на свойства кристаллических полупроводников, но не тождественны им. Это сходство, как показал специальный анализ, обусловлено тем, что энергетический спектр электронов и плотность состояний для ковалентных веществ, которым относятся полупроводники, определяются в значительной мере ближним порядком в расположении атомов, поскольку ковалентные связи короткодействующие. Поэтому кривые N (е) для кристаллических и аморфных веществ во многом схожи, хотя и не идентичны. Для обоих типов веществ обнаружены энергетические зоны валентная, запрещенная и проводимости. Близкими оказались и общие формы распределения состояний в валентных зонах и зонах проводимости. В то же время структура состояний в запрещенной зоне в некристаллических полупроводниках оказалась отличной от кристаллических. Вместо четко очерченной запрещенной зоны идеальных кристаллических полупроводников запрещенная зона аморфных полупроводников содержит обусловленные топологическим беспорядком локализованные состояния, формирующие хвосты плотности состояний выше и ниже обычных зон. Широко использующиеся модели кривых показаны на рис. 12.7 [68]. На рисунке 12.7, а показана кривая по модели (Мотта и Дэвиса, согласно которой хвосты локализованных состояний распространяются в запрещенную зону на несколько десятых эВ. Поэтому в этой модели кроме краев зон проводимости (бс) и валентной (ev) вводятся границы областей локализованных состояний (соответственно гл и ев). Помимо этого авторы модели предположили, что вблизи середины запрещенной зоны за счет дефектов в случайной сетке связей (вакансии, незанятые связи и т. п.) возникает дополнительная зона энергетических уровней. Расщепление этой зоны на донорную и акцепторную части (см. рис. 12.7, б) приводит к закреплению уровня Ферми (здесь донорная часть обусловлена лишними незанятыми связями, акцепторная — недостающими по аналогии с кристаллическими полупроводниками). Наконец, в последнее время было показано, что за счет некоторых дефектов могут существовать и отщепленные от зон локализованные состояния (см. рис. 12.7, в). Приведенный вид кривой Л (е) позволяет объяснить многие физические свойства. Так, например, в низкотемпературном пределе проводимость должна отсутствовать. При очень низких температурах проводимость может осуществляться туннелированием (с термической активацией) между состояниями на уровне Ферми, и проводимость будет описываться формулой (12.4). При более высоких температурах носители заряда будут возбуждаться в локализованные состояния в хвостах. При этом перенос заряда [c.285]

Рис. 12.7. Кривые N(e) для аморфных полупроводников а) и б) модели Мотта — Дэвиса без расщепления и с расщеплением зоны вблизи bf на подзоны, в) модель с дефектными состояниями

Более подробно с физическими свойствами и теорией аморфных полупроводников можно познакомиться в [59, 63, 68]. [c.286]

Использование стеклообразных и аморфных полупроводников для изделий электронной техники определяется относительной простотой их получения, низкой стоимостью и набором определенных электрофизических свойств. Так, на примере аморфного кремния в книге описывается, как можно не только получать 99 %-ную экономию дорогостоящего полупроводникового материала, но и значительно улучшать технические характеристики полупроводниковых преобразователей солнечной энергии (солнечных батарей). [c.3]

СТЕКЛООБРАЗНЫЕ И АМОРФНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ [c.11]

К аморфным полупроводникам относят аморфные кремний, германий, ряд других элементов и их сплавы. Кремний и германий в твердом состоянии четырех валентны, т. е. каждый их атом образует сильные (ковалентные) химические связи с четырьмя соседними атомами. Поэтому кремний и германий называют материалами с тетраэдрическими связями (тетра - четыре). Тетраэдрические связи приводят к образованию в этих материалах не отдельных молекул, а непрерывной трехмерной сетки химически связанных атомов. Отсутствие шарнирных связей придает такой сетке боль- [c.12]

Неорганические стекла обладают во многих случаях полупроводниковыми свойствами. Теория аморфных полупроводников указывает, что при плавлении кристаллов нарушается только- дальний порядок симметрии, ближний же порядок сохраняется. Энергетический спектр стеклообразного полупроводника состоит также из зон, как и у кристаллического, но из-за разупорядоченного строения происходит расширение валентной и свободной зон и сужение запрещенной зоны. В отличие от обычных стекол с преобладанием ионной проводимости стеклообразные полупроводники обладают чисто электронной проводимостью. [c.192]

Существование металлов, полупроводников и диэлектриков, как известно, объясняется зонной теорией твердых тел, полностью основанной на существовании дальнего порядка. Открытие того, что аморфные вещества могут обладать теми же электрическими свойствами, что и кристаллические, привело к переоценке роли периодичности. В 1960 г. А. Ф. Иоффе и А. Р. Регель высказали предположение, что электрические свойства аморфных полупроводников определяются не дальним, а ближним порядком. На основе этой идеи была развита теория неупорядоченных материалов, которая позволила понять многие свойства некристаллических веществ. Большой вклад в развитие физики твердых тел внесли советские ученые А. Ф. Иоффе, А. Р. Регель, Б. Т. Коломиец, А. И. Губанов, В. Л. Бонч-Бруевич и др. Губановым впервые дано теоретическое обоснование применимости основных положений зонной теории к неупорядоченным веществам. [c.353]

В 1956 г. Н. А. Горюнова й Б. Т. Коломиец обнаружили, что некоторые стекла на основе халькогенов (серы, селена, теллура) обладают полупроводниковыми свойствами. Установление этого факта, а также последующие фундаментальные работы А. Ф. Иоффе и А. Р. Регеля, А. И. Губанова, Н. Мотта и Э. Дэвиса послужили стимулом к развитию большого числа теоретических и экспериментальных исследований аморфных полупроводников. [c.360]

Подвижность. Так же как и для кристаллов, для "аморфных полупроводников в области делокализованных состояний можно ввести представление о подвиокности [c.363]

Оптические свойства. Исследование оптических свойств кристаллических полупроводников дает обширную информацию об их зонной структуре. Данные об энергетическом спектре аморфных полупроводников также могут быть получены из оптических измерений. Первостепенная роль отводится при этом измерениям спектров поглощения. Спектры поглощения аморфных полупроводников удобно сравнить со спектром тех же материалов в кристаллическом состоянии. Это можно сделать в случаях германия, кремния, соединений селена и теллура. На рис. 11.14 в качестве примера приведен край спектра оптического поглощения аморфного кремния, который сравнивается с соответствующим спектром кристаллического кремния. Аналогичные данные получены для аморфного германия, арсенида и антимонида индия и некоторых других полупроводников. [c.367]

Для аморфных веществ коэффициент поглощения а заметно спадает при некоторой пороговой частоте vo, близкой к красной границе междузонного поглощения света в кристаллическом материале. При этом в зависимости от условий приготовления аморфного полупроводника наблюдается два типа поведения [c.368]

В большинстве аморфных полупроводников частотная зави-симасть коэффициента поглощения в области хвоста (v[c.368]

В некоторых стеклообразных полупроводниках переход в вы-сокопроводящее состояние может быть осуществлен под действием света. Это открывает большие возможности для использования их. в области печати. Из аморфного полупроводника с таким запоминаемым переключением можно изготовить постоянную матрицу и сделать с нее неограниченное число электрофотографических отпечатков без необходимости добавочного экспонирования. Вообще,, одной из наиболее перспективных областей использования некристаллических полупроводников является область получения изображения. [c.371]

Зонная теория твердого тела удовлетворительно объясняет специфические особенности полупроводникав. Эта теория является следствием применения квантовой механики к проблеме твердого тела, но зонная модель распространяется и на апериодическое поле, свойственное некристаллическим веществам. Наличие жидких и аморфных полупроводников свидетельствует о том, что полупроводниковые свойства в первую очередь определяются природой химической связи данного атома с его ближайшим окружением, т. е. ближний порядок является определяющим. Разумно под термином химическое строение понимать совокупность энергетических, геометрических и квантовохимических характеристик вещества (порядок, длина и энергия связи, рашределение и пространственная направленность электронных облаков, эффективные заряды и т. д.). Но главным в учении о химическом строении является природа химической связи всех атомов, входящих в состав данного вещества. [c.94]

Выбор метода получения аморфных материалов определяется спецификой аморфизируемого вещества. Так, расплавленные Ge и Si обладают металлическими свойствами, и поэтому для получения аморфных полупроводников Ge и Si используют первую группу методов [59]. Для аморфизации Те и особенно Se вполне достаточно быстрого охлаждения в обычных закалочных средах. Аморфизация металлических сплавов требует скоростей до 1 с [60, 61]. Аморфные твердые тела, полученные сверхбыстрой закалкой из жидкого состояния, метастабильны. Они, как считается, обладают большей стойкостью к кристаллизации, чем аморфные вещества, полученные напылением. [c.274]

Изложенный выше подход полностью применим и для изучения аморфных полупроводников других классов. Так, например, для изучения структуры аморфных Se, Те и т. д., сначала строились по данным о рассеянии рентгеновских лучей кривые функции радиального распределения, а затем проводилось модельное построение этих кривых по различным возможным моделям размещения атомов селена и т. п. В качестве моделей использовались данные, основанные на структуре кристаллического селена, в которой обычно выделяют восьмичленные кольца и спиральные [c.280]

Физические свойства аморфных полупроводников представляют большой научный и практический интерес. Так, аморфные халько-генидные полупроводники могут быть использованы как оптические элементы инфракрасной техники, материалы для ксерографии, фоточувствительные слои видиконов, аморфные слои кремния и других материалов с тетраэдрической конфигурацией связей, как фотоприемники для видимой области света, преобразователи солнечной энергии, в частности элементы солнечных батарей и т. д. [c.283]

Специалисты полагают, что удешевление фотоэлементов за счет перехода к аморфному кремнию вместо монокристалличе-ского сделает метод прямого преобразования солнечной энергии в электрическую конкурентноспособным по сравнению с другими методами получения энергии. Подробное описание солнечных батарей на аморфном кремнии дано в i[68]. В настоящее время наиболее перспективным материалом считается определенным образом приготовленный аморфный сплав кремния с водородом, фотогаль-ванический эффект в котором был открыт в 1974 г. К 1978 г. КПД солнечных батарей на этом материале достиг 6%. Эта величина в 3—4 раза меньше достигнутой на кристаллических Si и GaAs, однако в последних максимальные значения КПД были получены через 20 лет после открытия соответствующего эффекта. Это подтверждает несомненную перспективность аморфных материалов для использования в солнечных батареях. Для успешной реализации этих батарей необходимо выполнение ряда условий, таких, как большой коэффициент оптического поглощения (в широкой области спектра), эффективный сбор носителей электричества на обеих сторонах полупроводникового материала (пленки), достаточно большой внутренний потенциал, определяющий ЭДС элемента. Эти условия определяются оптическими и электрическими свойствами аморфных полупроводников и в конечном счете энергетическим спектром электронов. Поэтому далее мы перечислим некоторые характерные свойства этих материалов, достаточно тесно связанные с картиной распределения состояний электронов по энергетическим зонам. [c.284]

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]

ГЕТЕРОПЕРЕХОД — контакт двух различных но хнм. составу полупроводников. Г. может быть образован между двумя мопокристаллич. или а.морфны.ми полупроводниками, между монокристаллич. и аморфным полупроводниками, однако наиб, практич. значение имеют Г., образованные мoнoкpи тaллaмi . Иа границе Г. происходит изменение свойств полупровод-пикового материала структуры эиергетич. зон, ширины запрещённой зоны эффективных масс носителей [c.446]

Анализ электронных свойств Н. с. покалывает, что благодаря существованию ближнего порядка возможно приближённое описание Н. с. в терминах разрешённых и запрещённых энергетич. зон (см. Зонная теория). Н. с. могут быть диэлектриками, полупроводниками и металлами. Свойственные Н. с. многочнсл. нарушения кристаллич. решётки приводят в аморфных металлах к дополнит, механизму рассеяния электронов. В аморфных полупроводниках возникают электронные состояния в запрещённой зоне, так что плотность состояний не обращается в О на границе разрешённых зон, а монотонно убывает в глубь запрещённой зоны, как правило экспоненциально ехр [ — ( f — /)/ о1, где — энергия, 0 — условная энергия границы разрешенной зоны, а /"о — характерная энергия, к-рая значительно меньше ширины запрещённой зоны g. Хвост плотности состояний в запрещённой зоне проявляется в меж-зонном оптич. поглощении, к-рое не обрывается сразу после того, как энергия фотона Ло) становится < g, а плавно спадает с уменьшением энергии, так что оптич. границы зон оказываются слегка размытыми. Однако в целом электронные зоны в аморфных и кристаллич. полупроводниках одного хим. состава различаются не очень сильно. [c.342]

Нарушения кристаллич. структуры приводят в определённой части энергетич. спектра к локализации электронных и фононных состояний. В аморфных полупроводниках локализованными оказываются электронные состояния, лежащие в запрещённой зоне там, где плотность состояний относительно мала. Электроны, находящиеся в локализов. состояниях, могут переносить ток лишь путём прыжков из оДного состояния в другое (см. Прыжковал проводимость). Т. к. состояния имеют разную энергию, прыжки осуществляются лишь с поглощением или испусканием фононов. При Г О К этот механизм ее работает и локализов. состояния вообще не могут переносить электрич. ток. Энергетич. граница между локализов. и делокализов. состояниями наз. порогом подвижности. Хим, потенциал (уровень Ферми jr) в аморфных полупроводниках находится глубоко в запрещённой зоне, и при не очень низкой Т электропроводность осуществляется с помощью теплового заброса электронов в состояния, лежащие Bbinie порога подвижности. Т. о., порог подвижности играет роль электрич. границы разрешённой зоны. При самых низких темп-рах электропроводность становится прыжковой. [c.342]

Дх) запись. В аморфных полупроводниках фо-тофиз. реакции приводят к амплитудной записи. В органич. полупроводниках в эл.-фотогр. процессе записи реализуется амплитудная, а в фототермопластиче-ском — рельефно-фазовая записи (см. Фазовая рельефо-графия). В магнитооптических средах, меняющих намагниченность под действием света, О. з, и. и её воспроизведение происходят с использованием эффекта Фарадея. [c.431]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...