Полупроводники примеси в них

Рассмотрим примесные полупроводники. Содержащиеся в них примесные ато.мы могут оказывать сушественное влияние на электропроводность полупроводника. На рис. 3.5, а, в, д схематически представлены процессы образования свободных носителей заряда, способных участвовать в электропроводности, в собственном и примесном кремнии, эти же процессы показаны и на энергетических диаграммах (рис. 3.5, б, г, е). Для кремния характерны примеси замещения, V. е. атомы примеси заменяют атомы кремния в узлах кристаллической решетки. [c.50]

Полупроводниковая техника требует применения особо чистых материалов. Примеси, как было уже отмечено, изменяют свойства полупроводников. Поэтому в зависимости от назначения материалов количество примесей в них ограничивают. Легирующие добавки, вводимые в полупроводники для придания им определенных свойств, также должны быть чисты от примесей. [c.151]

Как полупроводники в полупроводниковых приборах используют эпитаксиальные пленки кремния и германия. Меняя природу и количество примесей в них, получают слои разного удельного сопротивления с примесной электронной проводимостью (тип п) [c.169]

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]

К числу существенных недостатков германиевых вентилей относится невысокая рабочая температура рабочий диапазон от — 50 до + Ж С при длительном воздействии температуры выше + 60° С в них проявляется тепловое старение, приводящее к ухудшению электрических параметров при низких температурах наблюдается значительное понижение обратного сопротивления. Кремниевые выпрямители могут работать при температуре до -1- 200° С. С точки зрения работы при высоких частотах кремниевые диоды имеют перед германиевыми преимущества, заключающиеся в большей чувствительности к слабым сигналам (пороговое напряжение у первых 0,01 В, у вторых от 0,1 до 0,25 В). Характеристики кремниевых вентилей, возможность получения больших выпрямленных мощностей в установках малых габаритов, особенно при использовании искусственного охлаждения, делают их исключительно прогрессивными. Поскольку кремний и германий являются элементами IV группы таблицы Менделеева, дырочная проводимость в них создается примесями элементов третьей группы, а электронная — элементов пятой группы. Для кремниевых полупроводников часто применяют алюминий, бор, для германиевых — индий в качестве акцепторной примеси мышьяк и сурьма (элементы V группы) — в качестве донорных примесей. [c.284]

Приближенная количественная оценка показывает, что в диэлектрике с шириной запрещенной зоны 3 эВ концентрация свободных носителей заряда при комнатной температуре должна составлять j 2 10 м . При подвижности носителей Ыр 10 м /(В с) (100 см /(В с)) удельная электропроводность такого диэлектрика должна быть порядка 7 10 Ом х X м" (7-10 Oм см ). В действительности столь низкая электропроводность в диэлектриках не наблюдается из-за наличия в них примесей и дефектов, создающих энергетические уровни в запрещенной зоне. Концентрация свободных носителей заряда в таких диэлектриках определяется фактически количеством и характером расположения донорных и акцепторных уровней в запрещенной зоне. У контакта же с металлом концентрация свободных носителей может существенно отличаться от концентрации в толще диэлектрика вследствие образования здесь слоев обогащения или обеднения. С подобным явлением мы уже встречались в гл. 8 при рассмотрении контакта металл — полупроводник. [c.272]

Свойства полупроводников очень сильно изменяются при наличии в них примесей. Различают два типа примесных атомов. [c.287]

Кристаллы с четным числом электронов на узел кристаллической решетки являются диэлектриками или полупроводниками (см. рис. 1.5,6) в них зоны в основном состоянии Т=0 К) либо полностью заполнены, либо пусты. В этом случае электрическое поле не может изменить энергии электронов в заполненной зоне (все уровни заняты), а в пустой зоне нет носителей заряда. Вследствие этого при Г->-0 К в диэлектриках и полупроводниках а->0. Верхнюю заполненную зону (валентную) и ближайшую пустую зону (зону проводимости) разделяет энергетическая щель (запрещенная зона) ДЦ7 (см. рис. 1.4 н 1.5,6). Поверхность Ферми в кристаллах с энергетической щелью в электронном спектре отсутствует, но середина этой щели (при отсутствии примесей и локальных уровней) называется уровнем Ферми Го (см. рис. 1.5,6). Для возбуждения электропроводности в этих кристаллах необходимо, чтобы за счет тепловых колебаний или других энергетических факторов частично освободилась валентная зона (дырочный механизм электропроводности) или частично заселилась электронами зона проводимости (электронный механизм). [c.14]

Для полупроводников характерна сильная зависимость значения удельной проводимости от вида и количества содержащихся в них примесей. Например, при введении в химически чистый германий [c.47]

Электрические свойства. Карбид кремния относится к группе полупроводников. Электропроводность карбида кремния, как и всех полупроводников, зависит от примесей, присутствующих (иногда в ничтожных количествах) в них, а также и от внешних воздействий. Удельное сопротивление карбида кремния лежит в пределах от 3-10 до 3-10 ом-см. [c.98]

У проводников имеется огромное количество свободных электронов, направленное перемещение которых и составляет ток проводимости, а у полупроводников свободных электронов очень немного. Это объясняется тем, что валентные электроны в полупроводниках связаны со своими атомами, т. е. не являются свободными. Другой особенностью полупроводников является то, что ток в них может возникать и изменяться в широких пределах только под влиянием внешних воздействий нагревания, облучения или при введении некоторых примесей. Все это увеличивает энергию валентных электронов, что позволяет им оторваться от своих атомов и под действием приложенного напряжения начать направленное перемещение, т. е. стать носителями тока. [c.88]

Установление взаимосвязи между степенью ионности полупроводниковых соединений А и подвижностями носителей заряда р в них затруднительно, прежде всего, из-за сильной чувствительности р к дефектам кристаллов. В то время как измерения Eg в образцах с широким диапазоном значений концентрации примесей и дефектов дают одно и то же значение, для измерения решеточной подвижности p,i (см. ниже) необходимо иметь чистые и достаточно совершенные кристаллы. Поэтому далеко не во всех полупроводниках по измеренной при некоторой температуре подвижности можно говорить о надежном определении p,i. С другой стороны, сама теория химических связей не дает возможности рассчитывать численные величины подвижности носителей заряда из значений кристаллохимических параметров, характеризующих тип химической связи, можно говорить лишь о тенденциях, знание которых полезно для прогнозирования свойств получаемых полупроводниковых материалов. [c.68]

Вопросы о том, какие именно примеси будут проявлять электрическую активность в том или ином полупроводнике и какие из них окажутся амфотерными, требуют специального анализа. К сожалению, ответы на эти вопросы нельзя получить исходя из простых представлений о свойствах примесного атома, основанных на близости геометрических (атомных или ионных радиусов) и электрохимических (электроотрицательностей) характеристик примесного атома и той кристаллохимической позиции, которую он занимает в полупроводнике. Ни тот, ни другой критерий не могут быть использованы для атомов переходных металлов (случай амфотерных узельных и амфотерных междоузельных центров) из-за неприменимости представления о радиусах и электроотрицательностях, как о постоянных атомных характеристиках [30]. Эти критерии оказываются неприменимы и для амфотерных диссоциативных примесей по тем же причинам, что и в предыдущем случае. Прогнозирование проявления амфотерных примесных центров всех типов в полупроводниках возможно только на основе строгой теории о узельной и междоузельной растворимости примесей в полупроводниках. Современному состоянию этой проблемы, различным подходам к ее рещению посвящена монография [31]. [c.120]

Электрофизические свойства кристаллов определяются, как было выяснено в гл. 3, содержащимися в них структурными дефектами и примесями. Требование продолжительности и стабильности работы полупроводниковых приборов делает одной из важнейших задач технологии задачу получения совершенных монокристаллов с заданным значением параметров. Однако получение чистых элементарных веществ, необходимых для производства различных, в том числе легированных и сложных, полупроводников, используемых для создания приборов, является чрезвычайно сложным технологическим процессом. [c.190]

Электропроводность полупроводников обычно зависит от наличия в них примесей и дефектов решетки и в определенном температурном интервале быстро увеличивается с ростом температуры. В гл. 3 мы показали, что примеси элементов П1 и V групп в решетке элементов IV группы являются соответственно акцепторами и донорами электронов. В полупроводниковых соединениях соответствующие примеси ведут себя аналогично. Вакансии также относятся к числу дефектов, оказывающих влияние на электропроводность. Энергию, необходимую для отрыва электрона от донора или присоединения электрона к акцептору, называют энергией ионизации примеси или дефекта. Энергетические уровни простых доноров и акцепторов расположены в запрещенной зоне, вблизи зоны проводимости и валентной зоны соответственно (рис. 37), а энергия ионизации определяется как разность энергии между примесным уровнем и соответствующей зоной. Если в кристалле одновременно присутствуют доноры и акцепторы электронов, то электроны с донорных уровней перейдут на акцепторные и не дадут никакого вклада в электропроводность поэтому число примесных носителей тока при одновременном присутствии доноров и акцепторов определится как (Ш]—[Л]), т. е. как разность концентраций доноров и акцепторов. Если Ш]>>ГЛ], полупроводник относится к [c.72]

Диапазон изменения электросопротивления у полупроводниковых материалов весьма широк (р = 10 - - 10 ом-см) однако материалы характеризуются некоторыми другими специфическими свойствами, отличающими их от металлов и изоляторов, Например, если электросопротивление металлов возрастает с повышением температуры, то у полупроводниковых материалов оно падает, т. е. полупроводники в большинстве случаев обладают отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления примеси уменьшают электропроводность металлов, но увеличивают проводимость полупроводниковых материалов. Полупроводники обладают фотопроводимостью, т. е. при действии излучений у них возникают дополнительные свободные носители заряда. В приборной технике полупроводники нашли широкое применение, поскольку они могут служить выпрямительными элементами, генерировать огромные термо-э. д. с., усиливать ток, позволяют увеличить ресурс и надежность электронных устройств, уменьшить размеры и вес приборов, а также сократить потребление электрической энергии. [c.279]

Количество носителей тока, возникающих при введении примеси каждого вида в отдельности, зависит от концентрации примеси и энергии ее ионизации в данном полупроводнике. Однако большинство практически используемых примесей при комнатной температуре полностью ионизировано, поэтому концентрация носителей, создаваемая при этих условиях примесями, определяется только их концентрацией и для многих из них равна числу введенных в полупроводник атомов примеси. [c.150]

Особое место в технологии изготовления германиевых и кремниевых полупроводников занимает получение р-п-переходов. Два технологических приема связаны непосредственно с процессом получения монокристаллов вытягиванием. Один из них использует процессы, происходящие в расплаве с введенными в него акцепторными и донор-ными примесями при изменении скорости вытягивания. Например, при избытке в расплаве донорной примеси и замедленной скорости акцепторная примесь остается в расплаве и в кристалле образуется зона с электропроводимостью типа л. При повышенной скорости вытягивания получается зона с электропроводимостью типа р. [c.283]

Явление переноса теплоты в полупроводниках сложнее, чем в диэлектриках и металлах, т. к. для них существенны и Яд, и также в связи со значит, влиянием на X примесей, процессов биполярной диффузии, переноса экситонов и др. факторов. [c.748]

Халькогенидные стеклообразные полупроводники менее чувствительны к введению в них примесей. Это связано с особеннностя-ми химических связей в этих материалах. В то же время исследования последних лет дают основание говорить о возможности изменять спектр локальных состояний в запрещенной зоне этих полупроводников путем введения примесных атомов. [c.367]

Третья особенность сильно (промежуточно) легированных полупроводников состоит в том, что носители заряда в них движутся в случайном поле примесей. Это поле представляет собой совокупность случайно расположенных трехмерных потенциальных ям и горбов случайной высоты и формы. Ямы можно представить как результат случайных скоплений примесных ионов в областях, линейные размеры которых меньше Го горбам соответствуют области обеднения. Такие скопления примесных атомов иногда называют кластерами. Случайное поле раооматриваемого вида (даже при одном типе примеси) действует и на электроны, и на дырки. Ведь потенциальная яма для электрона есть вместе с тем и потенциальный горб (барьер) для дырки. Именно по этой причине примесные области спектра возникают, вообще говори как у верхней, так и у нижней границы запрещенной зоны при введении в кристалл только одного вида примесей (рис. 44, в). [c.122]

Примесными полупроводникшми называются такие, которые превращаются в полупро,водники при наличии в них определенных примесей. Примеси бывают двух родов одни из них отнимают от атомов кристалла электроны и прочно их удерживают (в этом случае кристалл приобретает дырочную проводимость, а электронная проводимость отсутствует), другие примеси, наоборот, легко отдают электроны (тогда кристалл приобретает электронную проводимость, но не имеет дырочной проводимости). Одно и то же вещество можно сделать и дырочным и электронным полупроводником в зависимости от рода примеси. Если в кристаллическую решетку полупроводника добавить примеси, имеющие большую валентность , чем валентность основного полупроводника, то полупроводник получает электронную проводимость или типа п (negative — отрицательный). [c.44]

Существуют определённые данные, из которых следует, что эти вещества проявляют электронную проводимость только в тех случаях, когда в них имеются примеси или когда их состав несколько отличается от состава, соответствующего идеальному стехиометри-ческому отношению, как, например, в случае избытка цинка ь окиси цинка. Поэтому полупроводники характеризуются способностью воспринимать примеси, а также нарушением простых правил валентности. [c.16]

Многие важные свойства твердых тел обусловливаются дефектами в такой же степени, как и природой первичного кристалла, который может служить только как носитель, растворитель или матрица для дефектов. Проводимость некоторых полупроводников может целиком зависеть от ничтожных количеств химически инородных примесей. Окраска многих кристаллов также вызвана имеющимися в них дефектами. Люминесценция кристаллов почти всегда связана с присутствием примесей. Процессы диффузии в твердых телах хгогут быть значительно ускорены прп наличии дефектов. Механические и пластические свойства твердых тел обычно обусловливаются дефектами. [c.660]

Кроме собственной проводимости, в полупроводниках наблюдается еще и примесная проводимость. Она появляется благодаря присутствию в полупроводнике атомов некоторых примесей. Если, например, в кремнии имеется примесь сурьмы или другого элемента пятой группы таблицы Д. И. Менделеева, то происходит следующее явление. Атом сурьмы имеет пять валентных электронов, четыре из них образукзт ковалентные связи с соседними атомами кремния, а пятый электрон очень легко переходит в зону проводимости. Таким образом, получается полупроводник (кремний) п-тина с электронной проводимостью. Название п-тип произошло от английского слова negative — отрицательный. Добавки, подобные сурьме, создающие электроны проводимости в полупроводниках, называются донорами. Электрический ток в полупроводниках п-типа осуществляется только электронами доноров, поскольку их в 10 —10 раз больше, чем собственных носителей зарядов полупроводника. [c.19]

Если в кристалл кремния ввести атомы бора, то они могут захватывать электроны из заполненной полосы. Такие переходы также требуют энергии. Атомы, захватывающие электроны из заполненной полосы кристалла, называются акцепторными примесями. Полупроюдники с такими примесями называются дырочными полупроводниками или полупроводниками р-типа. У них проводимость осуществляется дырками (см. рис. 27). [c.147]

МСВИ). Этот метод обеспечивает измерение низкой концентрации примесей (например, 5 10 см бора и мышьяка в кремнии), обладает высоким разрешением по глубине (несколько нанометров), универсальностью. Метод МСВИ наряду с радиоактивным методом позволяет определить общее количество введенной примеси, поэтому, если необходимо определить электрически активную часть примеси, то следует воспользоваться электрическими методами. К настоящему времени разработаны и широко используются специфические полупроводниковые методы измерения диффузионных профилей электрически активных примесей (или их электрически активной части) и их коэффициентов диффузии в полупроводниках. Эти методы основаны главным образом на исследовании изменений электрических свойств в различных частях полупроводникового образца, обусловленных проникновением туда диффундирующих атомов. Эти методы не столь универсальны, как радиоактивные и МСВИ, но их преимуществом является незначительная трудоемкость и отсутствие специфики, связанной с применением радиоактивных изотопов. Однако следует иметь в виду, что практическое применение полупроводниковых методов исследования возможно только при использовании материалов высокой химической чистоты. Кроме того, диффундирующее вещество должно быть электрически активной примесью и оказывать влияние на электрические свойства исследуемого полупроводника. К полупроводниковым методам относятся метод электронно-дырочного перехода, метод фото-э.д.с., метод электропроводности и емкостный метод [39,41]. Мы ниже рассмотрим лишь один из них — метод р — я-перехода, позволяющий непосредственно определять концентрацию даже при очень малых глубинах проникновения примесей, когда измерение эффекта Холла невозможно. [c.298]

СИЛЬНОЛЕГЙРОВАННЫЙ ПОЛУПРОВОДНИК, полупроводник с очень большой концентрацией примесей (или структурных дефектов крист, решётки), когда расстояние между соседними примесными атомами столь мало, что перекрываются их силовые поля и волновые функции локализованных вблизи них электронов. В результате в С. н. возникает примесная зона, сливающаяся с ближайшей к ней собств. зоной проводимости или валентной зоной. Потенциальная энер- [c.680]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...