Локализованные состояния

ЛОКАЛИЗОВАННЫЕ СОСТОЯНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ПОВЕРХНОСТЬЮ [c.240]

Рекомбинация через локализованные центры. В запрещенной зоне реальных пол) проводников имеется большое количество локализованных состояний, связанных с атомами примесей, дефектами структуры, нарушением периодичности структуры на поверхности и т. д. Эти локализованные состояния играют важную роль в процессах люминесценции. [c.315]

Локализованные состояния играют исключительно важную роль в некристаллических веществах. Их возникновение здесь связано, в первую очередь, с отсутствием периодичности. Рассмотрим, что произойдет с энергетической зоной в случае непериодической потенциальной энергии. Для этого необходимо решить уравнение Шредингера для электрона в поле неупорядоченного потенциа-356 [c.356]

Рис. 11.4. Плотность состояний в модели Андерсона. Локализованные состояния за-штрихованы. Значения энергии и E(.f отделяют области энергии, где состояния локализованы н де-локализованы

Рис. 11.5. Зависимость плотности состояний от энергии для кристалла (а) и аморфных твердых тел (б, в). Локализованные состояния заштрихованы

Рассмотренные нами представления позволяют перенести на аморфные вещества то объяснение различия между диэлектриками, полупроводниками и металлами, которое было дано в обычной зонной теории твердых тел. Если уровень Ферми лежит в области нелокализованных состояний, то вещество представляет собой металл. Его сопротивление при 7- 0 К стремится к некоторому конечному значению. Если же уровень Ферми при низких температурах находится в интервале энергии, занятом локализованными состояниями, то материал представляет собой полупроводник или диэлектрик. Здесь возможны два типа проводимости [c.359]

Рис. 11.6. Зависимость плотности состояний от энергии в некристаллическом твердом теле при наличии локализованных дефектных состояний. Локализованные состояния заштрихованы

Проводимость, связанная с носителями, возбужденными в локализованные состояния, расположенные в хвостах зон, т. е. вблизи Еа или Ев (рис. 11.6). Если ток переносится также дырками, то проводимость, осуществляемая в этом случае путем перескоков, определяется выражением [c.361]

Проводимость, связанная с носителями, которые совершают перескоки между локализованными состояниями вблизи уровня Ферми. Этот процесс аналогичен прыжковой проводимости по примесям в сильно легированных компенсированных полупроводниках. В области локализованных состояний электрон с заданной энергией не может удалиться достаточно далеко от своего центра локализации. Хотя может существовать перекрытие волновых функций некоторых состояний, отвечающих достаточно близким потенциальным ямам, его недостаточно для того, чтобы проводимость системы при Т=0 К была отлична от нуля. В области локализованных состояний стационарный перенос заряда может происходить лишь путем перескоков носителей [c.361]

В отличие от кристаллического полупроводника, где при комнатной температуре электроны с мелких донорных уровней переходят в зону проводимости, здесь они перейдут, в основном, на локализованные состояния вблизи уровня Ферми. При высокой плотности состояний это приводит к незначительному смещению уровня Ферми из положения Ер в положение и электрические свойства полупроводника практически не изменятся. Новое положение уровня Ферми может быть найдено из условия [c.365]

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]

Единственным типом волновой функции, энергия которой может лежать внутри одной из запрещенных зон, является волновая функция электрона, локализованного около какого-нибудь дефекта решетки. Число таких локализованных состояний, обусловленных примесями или беспорядком, гораздо меньше числа состояний в разрешенной зоне. [c.79]

В результате для подобных веществ разрешенной зоной называется область энергий с отличной от нуля и непрерывной плотностью состояний, а запрещенной — область энергии, в которой плотность состояний либо равна нулю, либо отвечает локализованным состояниям электронов. [c.277]

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]

Наличие локализованных состояний в запрещенной зоне и их распределение по энергиям существенно влияют на электрофизические, оптические и другие свойства некристаллических полупроводников. В свою очередь, количество, а также распределение локализованных состояний по энергиям определяются взаимным расположением атомов, или атомной (молекулярной) структурой материала. Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов некристаллических полупроводников приводит к тому, что при одном и том же химическом составе материала его структура (взаимное расположение атомов), а следовательно, и свойства могут быть различными. Эта особенность некристаллических полупроводников, с одной стороны, позволяет управлять при неизменном химическом составе свойствами материала, изменением его структуры в процессе изготовления образцов, а с другой стороны, делает необходимым при производстве приборов на основе некристаллических полупроводников контролировать не только химический состав, но и атомную структуру исходного материала. [c.11]

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]

Фотоэлектрические свойства пленок Н, получаемых высокочастотным ионно-плазменным распылением, несколько хуже, чем пленок, наносимых разложением силана, что обусловлено большей концентрацией локализованных состояний в запрещенной зоне. Вместе с тем метод ионно-плазменного распыления выгодно отличается от метода разложения силана с точки зрения безопасности. [c.17]

Нанотрубки могут иметь металлическую или полупроводниковую проводимость, а также полупроводниковые части вдоль оси трубки. Поэтому теория эмиссии из металлов непосредственно не применима. Природа взаимодействия между металлическим поддерживающим острием и нанотрубками также неизвестна. Кроме того, на вершине нанотрубки могут присутствовать локализованные состояния. [c.212]

Рассмотренные локализованные состояния связаны с флуктуациями потенциальной энергии и поэтому их часто называют флук- [c.357]

Ясно, что в первом случае (рис. 11.5,6) представление о запрещенной зоне сохраняет точный смысл имеется область энергий, где плотность, состояний тождественно равна нулю. Предполагается, что таким энергетическим спектром обладают прозрачные некристаллические вещества. Во втором случае весь энергетический интервал Еу<Е<Ес заполнен дискретными уровнями, т. е. запрещенная зона в том смысле, как мы обсуждали ранее, здесь не существует. Тем не менее указанная область Ес—Е принципиально отличается от разрешенных зон. Так, электроны, локали- зованные здесь на дискретных уровнях, могут участвовать в переносе заряда только путем перескоков. При Т->0 К вероятность последних стремится к нулю, так что их вклад в электропроводимость полностью исчезает. В силу этого область энергий, занятую локализованными состояниями, также можно называть запрещенной зоной. [c.358]

Кроме локализованных состояний флук-туационного происхождения в аморфных твердых телах могут возникнуть также локализованные состояния, связанные с при-месными атомами и дефектами структуры f, типа оборванных связей и т. п. При наличии таких состояний плотность состояний N E) оказывается немонотонной функцией энергии. Пик локализованных состояний, связанных с дефектами структуры, располагается обычно вблизи центра щели подвижности (рис. 11.6). При высокой плотности локализованных состояний в щели подвижности уровень Ферми располагается в зоне дефектных состояний. Такая модель плотно сти состояний была предложена Моттом и Дэвисом. [c.359]

Выше мы уже отмечали, что подвижность носителей по локализованным состояниям значительно ниже подвижности по нело-кализованным состояниям. Кроме того, в хвосте плотность состояний ниже, чем в разрешенной зоне. Вследствие этого oi обычно в 10 —Ю раз меньше оо- [c.361]

Общий вид зависимости проводимости в координатах In а от с учетом всех перечисленных механизмов переноса представлен на рис. 11.8. Область 1 соответствует переносу по нелокализо-ванным состояниям, 2 — по состояниям в хвостах зон, 3 п 3 — по локализованным состояниям вблизи уровня Ферми. При этом на участке 3 выполняется закон Мотта. Если плотность состояний, связанных с дефектами, велика, то следует ожидать, что не будет такого интервала температур, где процесс 2 был бы доминирующим. В этом случае участок 3 сразу переходит в участок 1. [c.362]

Зависимость электропроводности аморфного кремния от дозы облучения приведена на рис. 11.13. Видно, что пока доза облучения не превышает некоторого порогового значения, резкого увеличения электропроводности не наблюдается. При этом практически все электроны с донорных примес- ных уровней переходят на локализованные состояния вблизи р-Лишь после того как все эти состояния будут заполнены, начинает доминировать примесная проводимость, связанная с забросами электронов из донорной зоны в зону проводимости. Аналогичная ситуация имеет ме сто в аморфном гер-мании. в [c.367]

Донорные уровни — энергетические уровни локализованных состояний электронов, ионизация которых приводит к появлению э.пектронов в зоне проводимости. [c.280]

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]

Статистич. распределение амплитуды флуктуаций потенциала в двумерном слое определяет плотность состояний на уровне Ландау g( ) (рис. 5, б). И соно-ставления рис. 5, а и 5, в видно, что локализованные состояния расположены на крыльях (Й), в то время как делокализовацные состояния — в центре g(6) (зачернённая область на рис. 4, й 5, в). Существенно, что локализованные и делокализованные состояния разделены не только по энергии, но и в пространстве (рис. 5, в). [c.338]

Рассмотрим качествепио новеденио при изменении п в двумерном слое, Пусть вначале расположена в области локализованных состояний на верх, крыле -го уровня (рис. 4, а) ГЛока- [c.338]

Элементы III группы, попадая в тетраэдрич. решётку, захватывают электрон из валентной зоны и с его помощью образуют устойчивую тетраэдрич. конфигурацию. Образовавшаяся в валентной зове дырка притягивается к отрицательно заряженному примесному атому и при низких темп-рах находится в связанном (локализованном) состоянии. Энергия связи дырки [c.37]

ЦРЫЖКОВАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — низкотемпературный механизм проводимости в полупроводниках, при к-ром перенос заряда осуществляется путём квантовых туннельных переходов ( прыжков ) носителей заряда между разл. локализованными состояниями. Прыжки сопровождаются поглощением или излучением фононов. Наиб, изучена П. п. в слаболегированном кристаллич. полупроводнике, где происходит туннелирование между примесными электронными состояниями, а также в аморфных и стеклообразных полупроводниках, в к-рых носители заряда туннелируют между локализов. состояниями хвоста плотности состояний в квазизапре-щённой Зоне. [c.170]

Прыжковая проводимость в переменном электрическом поле связана со смешением носителей лишь на конечные расстояния. Поэтому при частоте поля iu > а проводимость определяется не бесконечным кластером, а переходами электронов между парами конечных кластеров, состоящих из доноров, связанных сопротивлениями с < (<о) S 1п(У ,/ш). При больших частотах, когда разница 1,. — (о ) становится ае мала по сравнению с проводимость определяется поглощением энергии в изолиров. парах локализованных состояний. При относительно малых частотах и высоких темп-рах, когда Аш кТ, основным механизмом поглощения являются релаксац. потери, а при Асо > кТ — резонансное (бесфононное) поглощение фотонов. [c.171]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...