Уровни акцепторные в полупроводника

В то же время, при наличии в диэлектрике примесных атомов, свободные носители заряда могут появиться за счет термической активации примесных уровней. Вследствие этого при нормальных и низких температурах проводимость в диэлектриках имеет примесный характер. Так же, как и в полупроводниках, носителями заряда здесь могут быть электроны и дырки. Если примесь имеет донорный характер, то основными носителями заряда являются электроны, а неосновными — дырки. Такой диэлектрик (по аналогии с полупроводником) называют электронным или диэлектриком п-типа. Если же примесь акцепторная, то основными носителями являются дырки. В этом случае диэлектрик называют дырочным или р-типа. [c.272]

Как показал И. Е. Тамм, вблизи поверхности кристаллического образца возникают дополнительные энергетические уровни, обусловленные нарушением трансляционной симметрии кристаллической решетки вследствие ее обрыва поверхностные состояния или, иначе, уровни Там-ма). В полупроводнике эти состояния локализуются внутри запрещенной зоны. Они могут либо отдавать, либо принимать электроны, в результате чего на поверхности полупроводника образуется заряд того или иного знака, приводящий к изгибу энергетических зон в приповерхностном слое. Если полупроводник содержит донорные примеси (п-полупроводник), то в этом случае электроны будут переходить от примесей на поверхностные уровни в результате поверхность полупроводника зарядится отрицательно, а внутри полупроводника вблизи его поверхности возникнет положительный объемный заряд. Это приводит к изгибу зон, показанному на рис. 7.5, б. Изгиб происходит в пределах слоя толщиной обычно не более 10 м значительная же часть фотоэлектронов зарождается глубже — на расстояниях примерно до 10 —10 м от поверхности. Для таких электронов энергия электронного сродства х и соответственно порог фотоэффекта W увеличиваются на некоторую величину ЬЕ (см. рисунок). Более интересен в практическом отношении случай, когда полупроводник содержит акцепторные примеси (р-полупроводник). В нем электроны будут переходить с поверхностных уровней на примеси, поверхность будет заряжаться положительно, изгиб зон будет иметь вид, показанный на рис. 7.5, в. В данном случае благодаря изгибу зон происходит снижение порога внешнего фотоэффекта. [c.166]

Если в естественный полупроводник IV группы ввести в качестве примеси трехвалентные атомы из III группы элементов, то для осуществления ковалентной связи с четырехвалентным окружением этим атомам не хватает по одному электрону. Недостающие электроны они заимствуют у соседних атомов с затратой небольшой энергии порядка 10 эВ. В результате в валентной зоне возникает дырка, которая и обусловливает дырочную проводимость полупроводника. Поскольку энергия ионизации основных атомов для образования дырки мала ( 10 эВ), при комнатной температуре на каждый атом примеси приходится по одной дырке. Естественная дырочная и электронная проводимости при этом, как и в случае донор-ных примесей, малы. Поэтому доминирующей будет дырочная проводимость. Трехвалентные атомы примеси называются акцепторными. Акцепторные энергетические уровни лежат в запрещенной зоне весьма близко к ее верхнему краю. Для полупроводников IV группы периодической системы элементов наиболее важными акцепторными примесями являются элементы III группы-галлий, индий, таллий. [c.351]

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]

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]

Рис. 6.6. Зонная структура (а) н изменение положения уровня Ферми с изменением концентрации примесей (б) в полупроводниках, содержащих одновременно донорную и акцепторную примеси

Понятие о неравновесных носителях. При температуре, отличной от абсолютного нуля, в полупроводнике происходит тепловое возбуждение генерация) свободных носителей заряда. Если бы этот процесс был единственным, то концентрация носителей непрерывно возрастала бы с течением времени. Однако вместе с процессом генерации возникает процесс рекомбинации электроны, перешедшие в зону проводимости или на акцепторные уровни, вновь возвращаются в валентную зону или на донорные уровни, что приводит к уменьшению концентрации свободных носителей заряда. Динамическое равновесие между этими процессами при любой температуре приводит к установлению равновесной концентрации носителей, описываемой формулами (6.7) и (6.8). Такие носители называются равновесными. [c.171]

Положение уровня Ферми в примесных полупроводниках зависит как от концентрации примеси, так и от того, является ли примесь донорной или акцепторной. В случае донорной примеси (я-полупроводник) имеет место переход электронов донорных атомов в зону проводимости при этом концентрация электронов возрастает, что приводит к возрастанию энергии Ферми Wp и смещению уровня Ферми вверх, к зоне проводимости. Чем больше концентрация доноров, тем большее количество электронов переходит в зону проводимости и тем на большую величину смещается уровень Ферми. В случае введения в полупроводник акцепторных примесей (р-полупроводник) наблюдается обеднение электро- [c.58]

Для придания выращиваемым монокристаллам тех или иных электрофизических параметров, необходимых для успешного их использования в конкретных областях полупроводникового приборостроения, применяются процессы легирования определенными примесями. В настоящее время круг используемых в технологии важнейших полупроводниковых материалов легирующих примесей достаточно ограничен. Как правило, легирование осуществляется примесями, образующими мелкие донорные и акцепторные уровни в запрещенной зоне, соответственно у дна зоны проводимости или у потолка валентной зоны. При этом удается управляемо воздействовать на тип проводимости и концентрацию носителей заряда в полупроводнике. Иногда для легирования используются примеси, образующие глубокие уровни в запрещенной зоне, что позволяет воздействовать на диффузионную длину носителей заряда и регулировать степень компенсации электрически активных центров в легируемом материале. [c.46]

Явления, возникающие при добавлении в полупроводник донорных или акцепторных примесей, можно объяснить, предполагая, что каждый атом донора (или акцептора) приводит к появлению локального энергетического уровня в запрещенной зоне чуть ниже дна зоны проводимости (или чуть выше потолка валентной зоны), с которого электрон (или дырка) легко возбуждается при термической ионизации. [c.77]

Для того чтобы образовалась свободная дырка, необходима энергия меньшая, чем для разрыва ковалентной связи. В германии и кремнии для бора, алюминия, галлия, индия эта энергия составляет 0,01 0,07 эВ. Значит, локальные энергетические уровни акцепторной примеси расположены в запрещенной зоне полупроводника вблизи потолка валентной зоны. [c.53]

Акцепторные примеси создают в полупроводнике дополнительные свободные энергетические уровни, на которы. могут переходить электроны из заполненной зоны, образуя та дырки. Такой полупроводник обладает электропроводностью типа р. [c.285]

Решающую роль в свойствах полупроводников играют примеси , под которыми следует понимать не только включения в основной полупроводник инородных атомов, но также избыток или недостаток одного из атомов, образующих химические соединения, являющиеся полупроводниками (оксиды, сульфиды, карбиды). Влияние примесей на энергетическую диаграмму полупроводника показано на фиг. 152, бив. Как видно из фигуры, примеси могут быть двух типов акцепторы (принимающие) и доноры (дающие). Акцепторные примеси создают в полупроводнике дополнительные свободные энергетические уровни, на которые могут переходить электроны из заполненной зоны, об- [c.303]

Сильное влияние примесей на проводимость полупроводников вызвано изменением энергетического спектра. При этом возможно два случая 1) если примесь представляет собой химический элемент более низкой группы периодической таблицы, чем сам полупроводник, то он создает дополнительные незанятые энергетические уровни, близкие к уровням занятой зоны 2) если примесью является элемент более высокой группы периодической таблицы, то она создает дополнительную занятую энергетическую зону, близкую к основной незанятой зоне. В первом случае примесь называют акцепторной—принимающей, во втором—до-норной — дающей. Смысл этих терминов заключается в следующем при наличии акцепторной примеси благодаря малой ширине запрещенной зоны между основной занятой зоной и незанятой зоной примесей легко осуществляется переход электронов из занятой зоны в зону примесей. В результате этого в занятой зоне образуется дырка , перемещение которой соответствует перемещению положительных носителей тока поэтому такую электропроводность называют дырочной , или электропроводностью типа р (положительной — позитивной). При наличии донорной примеси электроны из примесной зоны легко переходят в основную зону проводимости, создавая эффект обычной электронной электропроводности типа п (отрицательной — негативной). Схемы энергетических уровней в полупроводнике чистом, без примесей, а также с акцепторной и донорной примесью показаны на рис. 7-1, [c.276]

Схемы энергетических уровней в полупроводнике чистом, без примесей, а также с акцепторной и донорной примесью показаны на рис 5-1. [c.271]

Энергия ионизации при образовании дырки мала (ю сравнению с германия или кремния. Энергетический уровень, образующийся вследствие наличия примеси, показан на рис. 5-1-5,б, В этом случае образуется примесный незаполненный уровень, расположенный на 0,01—0,05 эВ выше верхней границы заполненной зоны. Уже при температуре, близкой к нормальной, незаполненный примесный уровень захватывает электроны из заполненной зоны, при этом в последней образуется дырка, обусловливающая проводимость. Примесный уровень в полупроводниках п-типа имеет смысл назвать уровнем, который снабжает зону проводимости электронами, и потому его называют донорным уровнем, В противоположность такому уровню незаполненный примесный уровень, который захватывает электроны из заполненной зоны, носит название акцепторного уровня. Полупроводники, подобные показанному на рис. 5-1-5, называют дырочными полупроводниками (р-типа), так как носителями заряда, обусловливающего проводимость, служат дырки—места с положительным зарядом. [c.311]

Зонная теория твердого тела наглядно объясняет и роль донорных и акцепторных примесей в полупроводниках. На рис. 1-26,а представлена энергетическая диаграмма собственного полупроводника без примесей (г-полупро водника) как уже отмечалось выше, для перехода из заполненной зоны в свободную электрон должен воспринять извне некоторое количество энергии (до 0,5 аДж). Если же мы имеем полупроводник с донорной примесью или /г-полупроводник (рис. 1-26,6) то благодаря наличию уровней донорной примеси, находящихся на сравнительно небольшом расстоянии (примерно [c.50]

В диэлектриках и полупроводниках разрешенные энергетические зоны разделены запрещенными зонами. При сообщении кристаллу дополнительной энергии электроны переходят в свободную зону, а в заполненной зоне образуется вакансия для электронов — так называемая дырка. Таким образом, появляются свободные носители тока. В реальных кристаллах возможно появление в запрещенных зонах дополнительных донорных и акцепторных энергетических уровней. Донорными уровнями называют такие уровни, которые в нормальном состоянии заполнены и служат поставщиками электронов в свободную зону. Акцепторные уровни в нормальном состоянии пусты и служат ловушками для электронов проводимости. [c.134]

Аналогичным образом можно исследовать положение уровня химического потенциала в полупроводнике р-типа. В полупроводнике, содержащем Л а акцепторных уровней в положении —+ + т. е. на расстоянии от потолка валентной зоны, [c.160]

Изучение явлений с участием локализованных электронных уровней, возникающих, в частности, из-за наличия притягивающих примесей, которые захватывают электрон. Очень важный пример — теория донорных и акцепторных уровней в полупроводниках (гл. 28). [c.193]

Фиг. 28.12. Плотность уровней в полупроводнике, содержащем как донорные, так и акцепторные примеси.

Квантовый выход внутреннего фотоэффекта. Предположим теперь, что полупроводник освещается монохроматическим светом, частота которого выше пороговой частоты для внутреннего фотоэффекта. Последняя определяется шириной запрещенной зоны в собственных полупроводниках и энергией ионизации донорных или акцепторных примесей в примесных полупроводниках. При поглощении фотонов электронами валентной зоны или примесных уровней будут происходить соответствующие квантовые переходы, приводящие к образованию дополнительных (неравновесных) носителей заряда, которые и обусловливают фотопроводимость. [c.176]

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]

Гинзбурга — Ландау 590—593 Уровень Фермн, см. Энергия Ферми Уровни акцепторные в полупроводниках [c.613]

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 полупроводнике, содержа- рочного (б) полупроводников щем акцепторную примесь, электроны легко переходят из валентной зоны на акцепторные уровни. При этом в валентной зоне образуются свободные дырки. Количество свободных дырок здесь значительно превышает количество свободных электронов, образовавшихся за счет переходов из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными. Проводимость полупроводника, содержащего акцепторную примесь, имеет дырочный характер, а сам полупроводник в соответствии с этим назьь вается дырочным (или акцепторным). [c.251]

Здесь п — полная концентрация электронов Ап( с) — концентрация электронов в зоне проводимости. Из рис. 11.11 и выражения 11.15) следует, что примесную проводимость можно получить, если каким-либо способом удастся снизить плотность состояний в запрещенной зоне. Второй путь — ввести в полупроводник большое количество примесных атомов так, чтобы перекомпенсировать дефектные состояния. Все это, разумеется, возможно при условии, что примесные атомы образуют донорные (или акцепторные) уровни в запрещенной зоне. [c.365]

Акцепторные уровни расположены выше потолка валентной зоны, и при наличии энергии активации АЕд электроны л-гз валентной зоны могут переходить на указанные уровни, -оставляя в зоне незанятые энергетические уровни — дырки. Этот переход сопровождается превращением акцепторов в отрицательно заряженные ионы, которые также не участвуют н электропроводности. Такой полупроводник называют примесным полупроводником р-типа (для него характерна дырочная проводимость). Таким образом, в противоположйость собственной проводимости примесная проводимость осуществляется носителями заряда только одного знака — электронами, которые поставляются донорами в свободную зону, нли дырками путем захвата электронов из валентной зоны акцепторами. [c.92]

В области очень низких температур, когда ионизация примесных уровней перестает быть полной, уровень Ферми занимает промежуточное положение (конкретно для донорного полупроводника) между донорным уровнем и дно.м зоны проводимости. Общий ход изменения положения уровня Ферми с температурой внутри запрещенной зоны (в отсут-ств1ие Вырожяен1ия) пю,каза1Н на рис. 43, где пунктиром обозначено положение уровня Ферми в собственной области (а — донорный образец, б — акцепторный). [c.118]

Введение примесей ие сопровож,яается таким эффектом, как в кристаллах, Атомы примесей в стекле попадают преимущественно в междоузлия ввиду отсутствия Строгого порадка и наличия расширенных междоузлий благодаря этому происходит смещение локальных уровней — донориых в сторону валентной зоны, а акцепторных — по направлению к зоне проводимости поэтому значение уровней и их влияние на проводимость сильно падает. -Кроме того, влияние доноров и акцепторов сильно уменьшается благодаря многочисленным локальным уровням, появление которых обусловлено флуктуацнямн в ближней порядке атомов. В стеклах отсутствует примесная проводимость, что объясняется приведенными соображениями. Наряду со стеклами, полученными сплавлением окислов металлов, известны стеклообразные бескислородные полупроводники, именуемые халькогениднымн. Это [c.192]

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]

При на.тичии 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 электронов с донорных уровней в зону проводимости и из валентной зоны на акцепторные уровни, что в спектре поглощения проявляется в виде примесной полосы поглощения. Если при освещении полупроводника светом происходит переход электрона примеси из основного состояния в возбужденное, то наблюдается линейчатый спектр поглощения. В случае, когда донорные уровни находятся вблизи дна зоны проводимости, примесное поглощение, обусловленное переходами электронов примеси из основного состояния в возбужденное или в зону проводимости, должно находиться в далекой инфракрасной области спектра и экспериментально может наблюдаться лишь при низких температурах, когда большая часть атомов примеси не ионизована. То же самое можно сказать и о спектре поглощения акцепторной примеси. На рис. 12.6 изображен спектр примесного поглощения бора в кремнии. [c.85]

Электроника поверхности и возбуждение адсорбированных молекул. Остановимся на обратной задаче — рассмотрим, к каким изменениям в адсорбционной фазе приведет перезарядка АПЭС при возбуждении электронной подсистемы полупроводника. В стационарных условиях заселенность уровней акцепторных и донорных АПЭС будет определяться положением квазиуровней Ферми для электронов и дырок (1.4). [c.260]

Самая важная информация о донорных и акцепторных уровнях заключается в том, что они лежат вблизи границ запрещенной зоны 2). При тепловом возбуждении гораздо легче вызвать переход электрона в зону проводимости с донор-ного уровня или дырки в валентную зону с акцепторного уровня, чем переход через всю запрещенную зону из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому донорные и акцепторные примеси, если их концентрация не слишком мала, играют гораздо более важную роль в создании носителей, чем переброс электронов через всю запрещенную зону, характерный для собственных полупроводников. [c.202]

Перейдем к обсуждению диссоциативных амфотерных примесей в 51 и Ое. В качестве примера подробно рассмотрим наиболее изученную примесь этого типа медь в германии. Большим числом исследований установлено, что атомы меди в германии растворяются в узлах и междоузлиях в сравнимых количествах, причем концентрация меди в обеих кристаллохимических позициях зависит от температуры. С этой особенностью связан сложный характер диффузии меди в этом материале (см. подробнее гл. 8). Зарядовое состояние примеси Си в Ое можно прогнозировать, исходя из общей модели РФЛВ поведения -примесей в полупроводниках (см. выще). Из нее следует, что размещаясь в узлах кристаллической рещетки Ое, примесные атомы меди должны быть трехзарядными акцепторами атомы меди в междоузлиях могут находиться только в состояниях Си° и Си+. Эта ситуация действительно реализуется на опыте. Экспериментально подтверждено, что атомы меди в узловом положении образуют три акцепторных уровня (см. рис. 3.17). Присутствие меди в междоузлиях кристаллической рещетки германия доказывается многочисленными опытами по ее диффузии (см. гл. 8) и по кинетике распада твердого раствора Ое(Си), однако никаких энергетических уровней в запрещенной зоне германия, связанных с Си,-, не обнаружено. В то же время опыты по определению зарядового состоя- [c.127]

Дальнейшие исследования были сосредоточены на изучении диффузии Li, u, Au, Ag, Zn, Ni и Fe. Эти элементы, за исключением лития, также образуют с германием и кремнием, как правило, твердые растворы замещения, но создают в запрещенной зоне глубоколежащие многозарядные, как правило, акцепторные уровни, число которых соответствует разности между числом валентных электронов германия (кремния) и атома примеси (см. гл. 3). Такие глубокие уровни выступают как уровни захвата или рекомбинации носителей тока и играют большую роль в неравновесных процессах, уменьшая время жизни и ускоряя рекомбинацию неосновных носителей тока в полупроводниках. Литий с германием и кремнием образует твердый раствор внедрения и является донором с одним уровнем. [c.301]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...