Донорные кристаллы

Примеси, обусловливающие возникновение электронной электропроводности в кристаллах, называют донорными. В 81 и Се донорными примесями являются элементы V группы 8Ь, Р, Аз, В1. [c.388]

При равной концентрации донорных и акцепторных примесей в кристалле электропроводность обеспечивается (как и в чистом полупроводниковом материале) электронами и дырками вследствие разрыва валентных связей. Такие полупроводниковые материалы являются компенсированными. [c.389]

Донорные и акцепторные примеси. Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. Примеси бывают двух типов — донорные и акцепторные. Если, например, в кристалле кремния имеется примесь атомов мышьяка, то эти атомы замещают в узлах кристаллической решетки атомы кремния. Пятивалентный атом мышьяка вступает в ковалентные связи с четырьмя атомами кремния, а его пятый электрон оказывается незанятым в связях (рис. 155). [c.155]

ЗОНЫ. Такие локальные уровни называются донорными (ДУ) (рис. 106). Следовательно, электронам легче перейти из локальной зоны в зону проводимости. Если такой переход осуществляется, в зоне проводимости появляются электроны и соответствующий кристалл ведет себя как полупроводник его электропроводимость не очень велика, и она увеличивается с температурой. [c.343]

При наличии в полупроводнике примеси его оптическое поглощение может быть связано с ионизацией примеси или возбуждением электрона нейтральной примеси в кристалле. Это поглощение называют примесным. При ионизации примеси энергия поглощенного кванта света расходуется на переход с донорных уровней в зону проводимости и из валентной зоны на акцепторные уровни. [c.70]

Введение в полупроводник примесных атомов приводит к нарушению в нем стехиометрического состава и периодичности кристаллической решетки. Примеси вносят в структуру полупроводника дополнительные квантовые уровни, отличающиеся от зонной структуры уровней основного кристалла. В полупроводниках примеси в зависимости от их природы и природы полупроводников могут образовывать п- или р-проводимости. Примеси, образующие и-проводимость, должны иметь большую валентность, чем валентность, основного полупроводника примеси, создающие р-проводимость, должны иметь валентность меньшую по сравнению с валентностью основного полупроводника. Например, для четырехвалентного германия пятивалентные примеси As, Р, Sb и др. создают электронную проводимость, поскольку четыре атома примеси, занимая в кристаллической решетке германия определенные узлы, образуют ковалентные связи с соседними атомами германия, а избыточный (пятый) электрон внешней орбиты мышьяка остается свободным. Такие свободные электроны создают электронную проводимость. Примеси, освобождающие электроны, называются донорами, а соответствующие им энергетические уровни — донорными [c.282]

Рассмотрим кристаллическую решетку германия с примесью мышьяка — элемента пятой группы, у которого на внешней орбите расположено пять электронов (рис. 8-2, б). Попав в узел решетки германия и связав четыре из своих электронов, такая примесь дает избыточный слабо связанный электрон /, который под влиянием тепловой энергии может начать беспорядочно блуждать по кристаллу, а под воздействием электрического поля он станет направленно перемеш,аться (электропроводность типа п). Атом примеси, потерявший электрон, представляет собой положительно заряженную частицу, неподвижно закрепленную в данном месте решетки полупроводника. В рассмотренном случае примесь элемента пятой группы периодической системы будет донорной. [c.235]

Донорные уровни. Предположим, что в кристалле германия часть атомов германия замещена атомами пятивалентного мышьяка. Германий имеет решетку типа алмаза, в которой каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями, связанными с ним валентными силами. Для установления связи с этими соседями атом 156 [c.156]

Исследование легированных кристаллов германия показало, что в низкотемпературной области легирование донорными примесями (Sb и As) приводит к упрочнению в противоположность легированию акцепторными примесями (In и Ga). Сравнение численных значений микротвердости германия легированного донорными и акцепторными примесями, свидетельствует о большей твердости германия, легированного сурьмой, чем легированного мышьяком, и германия, легированного индием, чем легированного галлием. Это можно объяснить влиянием размерного эффекта на прочностные свойства германия [66]. [c.253]

Элементы V группы таблицы Д. И. Менделеева (Н, Р, 5Ь, Аз) способны создавать в карбиде кремния донорные уровни с различной энергией активации. Среди этих элементов наиболее доступным в чистом виде и технологически удобным является азот, который и выбран в качестве основной донорной примеси при легировании кристаллов карбида кремния. При малых концентрациях энергия активации азота составляет величину 0,1 эв. Экспериментально была найдена зависимость концентрации доноров в кристалле от парциального давления азота в атмосфере печи [c.49]

Приведенные результаты свидетельствуют, что решеточные вакансии нельзя рассматривать как точечные дефекты их присутствие вызывает возмущение электронных состояний кристалла, достигающее, по крайней мере, второй координационной сферы вакансии. По своему действию на электронные состояния матрицы катионная вакансия (Уд) будет выступать как акцепторная примесь , анионная (У ,) — как донорная примесь , инициируя возникновение проводимости дырочного и электронного типов, соответственно. [c.40]

Реакция образования ОХ-центра при введении в алмазоподобный кристалл донорной примеси ( ° — в тетраэдрической позиции замещения), с учетом принципа зарядовой компенсации системы в целом, может быть формально представлена как [c.46]

Рис. 2.13. Схема изменения энергетического положения уровней донорной (Д) и акцепторной (А) примесей при их одновременном введении в матрицу с образованием примесного комплекса Д—А ВЗ, ЗП — валентная зона и зона проводимости исходного кристалла

Легирование — процесс искусственного введения примесей в полупроводник для управляемого изменения его физических свойств. Легирующим называется химический элемент, атомы которого введены в решетку кристалла полупроводника для изменения его свойств. Примесь, атомы которой являются акцепторами называют акцепторной. Акцептор — дефект решетки, способный при возбуждении захватывать электрон из валентной зоны. Соответственно донорной называют примесь, атомы которой являются донорами. Донор — это дефект решетки, способный при возбуждении отдавать электрон в зону проводимости. [c.334]

Условие (2.4) отличается от условия электронейтральности для одного кристалла без поверхностных эффектов, так как в кристалле полная сумма электрических зарядов подвижных носителей и примесных ионов д - А должна быть равна нулю. Если на единицу объема 1 см или 1 м приходится ЛАд донорных атомов, из которых не отдали свои электроны (следовательно, нейтральны), то оставшиеся доноров [c.167]

Примеси элементов V группы в германии и кремнии определяют электронный тип проводимости, так как отдают в валентную зону кристалла полупроводника четыре электрона, а пятый становится носителем электрического тока. Такие примеси называют донорными. Для германия ими являются мышьяк и сурьма, а для кремния — фосфор и мышьяк. Полупроводники, в которых преобладают донорные примеси, называются электронными, или п-типа. [c.587]

И наконец, если различные условия нагружения кристалла я-типа (однократное и многократное одноосное сжатие, программированное ступенчатое нагружение) создают в нем условия пересыщения по вакансиям по сравнению с исходным ненагруженным состоянием с последующим их стоком на различные центры, то это как следствие должно приводить к донорному эффекту. [c.217]

Фотопроводимость. Внутренний фотоэффект, или фотопроводимость, — это явление возникновения внутри полупроводника избыточных носителей тока под действием освещения. В простейшем случае собственного полупроводника излучение возбуждает валентные электроны в зоне проводимости, где они находятся в свободном состоянии и могут участвовать в процессе переноса заряда. Вклад в прО Зодимость дают также возникаюш,ие в валентной зоне дырки. В примесном полупроводнике -типа кроме собственного фотоэффекта возможно еще возбуждение электронов из связанных состояний на донорных центрах в зону проводимости. Аналогичным образом в полупроводниках р-типа возможно возбуждение электронов из валентной зоны на акцепторные уровни, создавая тем самым подвижные дырки. Характерно, что в обоих случаях" примесной фотопроводимости в кристалле генерируются свободные носители только одного знака. Так же, как и внешний фотоэффект, фотопроводимость проявляется в однородном материале в присутствии внешнего электрического поля. [c.346]

В полупроводниковом кристалле, содерясащем донорные примеси, электроны являются основными, но не единственными носителями тока, так как небольшая часть собственных атомов полупроводникового кристалла ионизована и часть тока осуществляется дырками. Полупроводниковые материалы, в i oto-рых электроны служат основны- [c.155]

Примером простого донорного примесного центра в полупроводнике является кристалл кремния с одним атомным узлом, занятым атомом фосфора. Каждый атом в кристалле кремния образует ковалентные связи с четырьмя ближайшими соседями. Это означает, что атом фосфора обладает лишним валентным электроном, который не нужен для связи. Этот электрон непол1ностью свободен, так как ядро фосфора имеет больший положительный заряд, чем ядро атома кремния. Но лишний электрон связан со своим ядром недостаточно прочно, что позволяет ему перемещаться в окрестностях данного примесного центра. Для сохранения нейтральности примесного центра электрон должен л о к а- лизоваться в запрещенной зоне ниже дна зоны проводимости, т. е. электрон может перейти в нелокалйзованное бло-ховское состояние, получив дополнительную энергию не менее АЕй. Тогда донор становится ионизованным и ведет себя как локализованный положительный заряд. [c.92]

В первом случае атомы легирующей примеси имеют большее число валентных электронов, чем атомы полупроводника. Такую примесь называют донорной. Вследствие введения донорной примеси после образования химических связей примесного атома с окружающими его атомами полупроводника один валентный электрон оказывается лишним , т. е. не участвует в химических связях. Поэтому достаточно лишь небольшой энергии Ео (рис. 3, б), чтобы оторвать от примесного атома и сделать свободным этот валентный электрон, т. е. перевести его в зону проводимости. При этом образуется неском-пенсированный положительный заряд, который отличается от положительно заряженной дырки, способной перемещаться по кристаллу, тем, что остается неподвижным в кристаллической решетке. Легирование полупроводника донорной примесью увеличивает концентрацию электронов в зоне проводимости при неизменной концентрации дырок в валентной зоне. При этом электропроводность осуществляется в основном электронами, находящимися в зоне проводимости. Такие полупроводники называют электронными, или полупроводниками п-типа электропроводности. [c.8]

Второй метод основан на изменении скорости вытягивания затравки из расплава, содержащего акцепторные и донорные примеси. Дело в том, что объем входящих в растущий кристалл примесей зависит не только от их содержания в расплаве, но и от скорости вытягивания. Величина коэффициента распределения си (отношение концентраций нрнмесей в твердой и жидкой фазах) для донорных примесей выше, чем для акцепторных. Так, при использ овании для германия доноров Р и As величина /С,,асп = = 0,12 н- 0,14, а акцептора In = 0,001. Допустим, что в расплаве доиорные примеси содержатся в избытке по сравнению с акцепторными, тогда ирн медленном вытягивании монокристалла в нем будет получаться г-область, а при быстром р-область. Это объясняется тем, что при малой скорости вытягивания акцепторная примесь, вытесняемая в жидкую фазу, успевает диффундировать в расплаве и его состав выравнивается. [c.184]

Четвертый метод — диффузии сводится к lla ыы e-ниго поверхностного слоя полупроводника при достаточно высокой температуре донорной или акцепторной примесью из газовой фазы, или из предварительно напыленного слоя. Получение заданных размеров и формы р- -перехода достигается применением масок. Рассмотренные методы применяют также для получения в кристалле областей с различной величиной удельной проводимости. [c.185]

Эту группу образуют полициклические низкомолекулярные соединения, для которых характерно электронное взаимодействие между молекулами. Молекулярные комплексы обладают, как правило, значительно большей проводимостью, нежели молекулярные кристаллы. Молекулярный комплекс представляет собой соединение донорно-акцепторного типа одна молекула соединения способна присоединять электрон, вторая — его отдавать. Поэтому такие соединения называют также комплексами с передачей заряда. При передаче заряда возникает иоиная связь между молекулами. Например, в антрацен — [c.209]

Если пластины из кремния п- и р-тнпов приведены в тесный контакт, то свободные электроны и свободные дырки, диффундируя к поверхности р-п перехода, будут рекомбинировать, как показано на рис. 5.11, а, образуя слой, обедненный носителями заряда, который носит название обедненной зоны. При этом атомы примеси в области перехода, лишенные соответствующих дырок или элементов, превратятся в ионы. Эти донорные или акцепторные ионы, закрепленные в кристалле, создают электрическое поле, образующее электрический потенциальный барьер Uq, препятствующий дальнейшей миграции основных носителей, как показано на рис. 5.11,6. На рисунке показано, как меняется потенциал при пересечении р- -перехода. После того как два куска вещества приведены в соприкосновение, должно произойти выравнивание их уровней Ферми. Ток неосновных носителей, не встречающий потенциального барьера, достигает значения тока насыщения /нлс, а ток основных носителей блокируется потенциальным барьером qil . Значение потенциального барьера невозможно измерить каки.м-либо прибором, поскольку на измерительных контактах формируется такой же барьер противоположного знака. [c.98]

Рис. 8.26. Возникновение поверхностных состояний а — обрыв периодического потепци -ала решетки у поверхности кристалла б — поверхностные состоя -ния, возникающие вследствие обрыва решетки а —чужеродные атомы М на поверхности г — типы поверхностных состояний ( д — донорные. Ел — акцепторные. р— рекомбин. -цпонные)

Характер таких уровнен зависит от природы поверхности и частиц. Они могут быть акцепторными, донорными и рекомбинационными (рис. 8.26, г). Так, кислород, сорбированный на поверхности германия, создает акцепторные уровни, вода — донорные. Если уровни Р являются акцепторными, то они захватывают электроны и заряжают поверхность полупроводника отрицательно с поверхностной плотностью сг = дЩф-л, где N — число молекул, -адсорбированных единицей поверхности кристалла /ф-д — функция Ферми — Дирака, выражающая вероятность заполнения поверхностных уровней электронами q — заряд электрона. Если уровни Р являются донорными, то они, отдавая электроны кристал- лу, заряжают поверхность полупроводника положительно с плотностью (т+ = qNj%-jx где /ф-д — вероятность того, что поверхностные уровни являются пустыми, т. е, частицы М нонизированы. [c.242]

Диффузионным легированием высокоомных кристаллов донорными примесями, для чего необходим длительный отжиг кристаллов в атмосфере легирующих добавок (хлор, йод) при температуре 600—700° С. Недостатком данного способа является то, что при этом кристалл легируется на небольщую глубину 1 — 3 мм, причем концентрация легирующей добавки уменьшается от поверхности в глубину кристалла. Это приводит к неравномерному распределению проводимости по длине кристалла. [c.327]

Примесями могут быть различные вещества, например в кристалле германия могут содержаться мышьяк, сурьма, инднй и др. Примеси имеют свои энергетические уровни. Различают примеси донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют энергетические уровни, располагающиеся в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. В связи с этим уже при сравнительно низкой температуре энергия теплового возбуждения электронов достаточна для перехода их с уровня примеси в зону проводимости, что приводит к возрастанию в пей концентрации электронов и увеличению электропроводности полупроводника. Акцепторные примеси имеют уровни, располагающиеся в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. Электроны валентной зоны легко переходят на акцепторный уровень, оставляя в валентной зоне дырки, которые также участвуют в электропроводности. [c.57]

Полупроводниковые лазеры, в которых возбуждение осуш,е-ствляется при инжекции носителей через р—я-переход, получили название инжекционных ПКГ. Типичным представителем этой группы полупроводниковых квантовых генераторов является лазер на р— -переходе в арсениде галлия. Акцепторными примесями в кристалле арсенида галлия являются цинк, кадмий и др., донорными примесями — теллур, селен и др. Схема такого лазера приведена на рис. 42. Кристалл имеет размеры 0,5—1 мм . Верхняя его часть представляет собой полупроводник р-типа, нижняя — м-типа, между ними имеется р—п-переход. Толш,ина р—п-перехода 0,1 мкм, излучающий слой имеет несколько большую величину, 1—2 мкм, вследствие проникновения электронов и дырок через р— -переход в глубь кристалла. [c.61]

В нейтральном состоянии донорные или акцепторные молекулы содержат чётное число я-элек-тронов, но при образовании кристалла число электронов Б их я-обо- [c.465]

Структура электронных спектров кристаллов при обычных условиях сильно размыта под действием тепловых колебаний атомов кристаллич. структуры, и в большинстве случаев наблюдаются широкие размытые спектральные полосы. При гелиевой темп-ре. можно наблюдать дискретные спектральные линии, к-рые возникают при прямых переходах между экситонными зонами, при переходах между дискретными уровнями электронов и дырок, локализованных на дефектах решётки, либо на акцепторных или донорных примесях в гомеополярных полупроводниках (см. Спектроскопия кристаллов). Помимо колебаний атомов на форму и ширину экситонных линий влияют тип связи в кристалле, его зонная структура и микроструктура экситонного возбуждения. В сильнолегир. полупроводниках ширина линии может зависеть от степени легирования. Дискретные линии наблюдаются и при комнатной темп-ре в поглощении и люминесценции кристаллов, содержащих ионы переходных металлов (хром, железо, палладий, платина и др.), лантанидов и трансурановых элементов, имеющих незаполненные d- и /-оболочки. В кристаллах высокого качества линии таких примесных ионов, напр, линия иона в рубине и линия в иттрий-алюминиевом [c.263]

Между неполярными адгезивами и субстратами реализуются преимущественно Ван-дер-Ваальсово взаимодействие или водородные связи. При протекании на фанице раздела фаз реакций образуются химические связи и наблюдается образование двойного электрического слоя. Изменение адгезии вследствие возникновения двойного электрического слоя в зоне контакта и образования донорно-акцепторной связи определяется для металлов и кристаллов состоянием внешних электронов атомов поверхностного слоя и дефектами кристаллической решетки, для пО]Тупроводников - поверхностными состояниями и наличием примесных атомов, а для диэлектриков - дипольным моментом функциональных групп молекул на границе фаз. [c.93]

Полупроводниковые фазы типа А В определенного стехиометрического состава не являются чисто ковалентными кристаллами, так как из-за различия в валентности элементов в них наряду с ковалентными возникают и ионные связи. Кристаллическая решетка таких соединений аналогична решетке алмаза. Из соединений типа А В применяют соединения с сурьмой — антимониды (например, ZnSb) и с мышьяком — ар-сениды (например, GaAs). Они имеют определенный химический состав, поэтому неосновные носители электрического тока возникают из-за примесей, точечных дефектов и разупорядоченности. Примеси П1 и V групп мало влияют на проводимость. Примеси П группы являются акцепторными, VI — донорными. Элементы IV группы в тех случаях, когда они замеш ают атомы А — доноры, если замещают атомы В — акцепторы. [c.589]

Возможное изменение механических свойств кристалла на глубине дебаевского радиуса экранирования также предполагалось рядом авторов, например, М.Г. Мильвидским с сотр. [423] при анализе условий проявления фотомеханического, электромеханического и концентрационного эффектов (уменьшение микротвердости при пропускании тока, освещении и увеличении концентрации носителей при легировании соответственно), Т.А. Конторовой [430] при объяснении концентрационного эффекта [431], а также в ряде наших работ [108, 109, 309-312]. При этом Т.А. Конторовой [430] было введено понятие о частичной металлизации исходных ковалентных связей при легировании кристалла донорной смесью, что косвенно подтверждается данными по снижению упругой постоянной С44 [432] и температуры Дебая [433] при легировании. [c.133]

Это объясняется тем обстоятельством, что в кристаллах и-типа вакансии являются акцепторами, и поскольку для температурной области примесного истощения уравнение электронейтральности имеет вид n=Nj -N (где — концентрация основной донорной примеси — концентрация акцепторов п - концентращя электронов проводимости), то при ожатии кристалла и ухода вакансий на стоки уменьшается степень компенсации доноров в -Ge. Это соответственно ведет к появлению донорного эффекта [566-569,625,626] (рис. 136-139). [c.217]

Так, представленные на рис. 136 данные свидетельствуют о том, что, хотя в первые моменты после нагружения кристалла наблюдается рост электросопротивления, обусловленный тензорезистивным эффектом (см. также рис. 106), он постепенно подавляется по мере выдержки кристалла под нагрузкой и увеличении общей ее величины (см. переход от 1 ко П, 111 и т.д. ступеням нагружения) за счет диффузионного стока вакансий на различные центры и свободную поверхность. Этоведет соответственно к уменьшению степени компенсации доноров и появлению донорного эффекта. Причем IV ступень нагружения уже полностью подавляет тензорезистивный эффект, а V и VI ступени вызывают уже общее абсолютное уменьшение электросопротивления. [c.217]

Проверим теперь другую возможность альтернативного объяснения обнаруженных эффектов протекания диффузионной кинетики и изменения электрофизических параметров. Поскольку, как было показано ранее, акты микропластической деформации связаны со слоевой неоднородностью распределения кислорода в Si и Ge (рис. 110), можно предположить, что и появление донорного эффекта при микродеформации каким-то образом также связано с распределением и состоянием кислорода в кристалле. Появление доноров в Ge и Si обычно связывают с изменением электрической активности выделений кислородного комплекса GeOa (ЗЮг) путем перехода их в метастабильные комплексы типа GeO (Si04) или СеОз (810з) пр < температурах отжига порядка 350—500° С [572,573,633]. [c.220]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...