Примеси в полупроводниках доноры и акцепторы

Полученный спектр располагается в области энергий фотонов, меньших энергии ионизации примесей и состоит из линий спектральны.х серий, отвечающих энергиям оптич. переходов из основного состояния во все возможные возбуждённые состояния. У примесей одного типа доноров или акцепторов) разной хим. природы в данном ПП энергии возбуждённых состояний, в к-рые осуществляется переход, различаются очень мало, а энергии осн. состояний и соответственно энергии оптич. переходов, определяющие положение линий в спектрах фотопроводимости, существенно различны (см. Полупроводники), что и позволяет определять хим. природу примесей по спектрам фотопроводимости. Форма спектра и отд. линий даёт возможность судить об энергетич. структуре примесных атомов, их взаимодействии, образовании примесных комплексов, степени неоднородности распределения примесных атомов. Эти данные можно получать также, исследуя спектры поглощения фотонов примесями, т. е. методами абсорбционной спектроскопии. Преимущество Ф. с. состоит в её существенно большей чувствительности. Техника Ф. с. подобна технике абсорбционной спектроскопии, но в отличие от последней, где регистрация излучения, прошедшего через исследуемый образец, производится спец. приёмниками излучения, в Ф, с, приёмником служит сам исследуемый образец. [c.361]

Доноры и акцепторы. Рассмотрим роль тех примесей, атомы которых создают дискретные энергетические уровни в пределах запрещенной зоны полупроводника. При небольшой концентрации примесей их атомы расположены в решетке полупроводника на таких больших расстояниях друг от друга, что они не взаимодействуют между собой, а потому энергетические уровни их почти такие же, как в отдельном свободном атоме. Вероятность [c.325]

Как известно, электрические свойства полупроводников в. значительной степени определяются наличием примесей. Примеси в полупроводниках создают дополнительные уровни энергии электронов в запрещенной области между последней заполненной зоной (валентной) и первой пустой зоной (зоной проводимости). Уровни могут быть мелкими, т. е. лежать у края валентной зоны (акцепторы) или зоны проводимости (доноры), а также глубокими,, т. е. лежать в глубине запрещенной зоны. Если концентрация примеси, создающей мелкие уровни, велика, то примесные уровни расширяются в зону, которая наползает на зону проводимости или валентную зону. При этом полупроводник становится вырожденным , т. е. в нем возникает конечное число носителей тока в зоне при 7 = 0. Такой полупроводник фактически является полуметаллом, т. е. в этом случае контакт з—зт—з переходит в контакт —п—8. [c.480]

Полупроводник, легированный донорами, называется полупроводником п-типа носители в нем заряжены отрицательно. Полупроводник, легированный акцепторами, называется полупроводником р-типа заряд носителей здесь положителен. Полупроводники с равным количеством доноров и акцепторов (или с пренебрежимо малым числом тех или других) содержат равные числа положительных и отрицательных носителей и называются собственными полупроводниками. Их свойства определяются самим основным материалом, а не примесями. Мы еше не раз будем возвращаться к свойствам двух различных типов полупроводников. [c.193]

Примеси в полупроводниках характеризуются энергетическим положением уровня (основное состояние) для простых доноров и акцепторов или системы альтернативных энергетических уровней (основное [c.117]

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]

Опыт показывает, что с увеличением концентрации доноров (или акцепторов) наклон прямых 1па от 1/Т в области примесной проводимости уменьшается. Согласно (7.168) это значит, что уменьшается энергия ионизации примеси. При некоторой критической концентрации она обраш,ается в нуль. Для элементов пятой группы в германии эта критическая концентрация составляет ЗХ Х10 см , в кремнии 8-10 см . Полупроводник, в котором энергия ионизации примеси обратилась в нуль, называют часто полуметаллом. В нем концентрация электронов и электропроводность нечувствительны к температуре (кроме области температур, где начинается собственная проводимость). [c.254]

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. 2.27. При легировании полупроводника различными примесями энергетические зоны локально могут сдвигаться. На диаграмме представлена зависимость энергии от пространственной координаты. Доноры — это примеси в кристаллической решетке, которые могут давать электроны в зону проводимости. Акцепторы же — это примеси, которые могут связывать электроны, т. е. генерировать дырки в валентной зоне. F — уровень Ферми, до которого могут быть заполнены электронные уровни W — нижний край зоны проводимости, Wz, — верхний край валентной зоны, р и п относятся к положительным и отрицательным носителям заряда (в соответствии с типом легирующих примесей).

Под примесями следует понимать не только включения в основной полупроводник инородных атомов, но также избыток одного из атомов, образующих химические соединения, являющиеся полупроводниками (оксиды, сульфиды, карбиды), и всевозможные дефекты кристаллической решетки. Влияние примесей на энергетическую диаграмму полупроводника показано на рис. 157, б и в. Как видно из рисунка, примеси могут быть двух типов акцепторы и доноры . [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]

Чтобы составить представление о физике неоднородных полупроводников, рассмотрим в качестве простейшего примера р — п-переход. Это полупроводниковый кристалл, в котором концентрация примесей изменяется только вдоль данного направления (принятого за ось х) в узкой области (вблизи а = 0). При отрицательных х в кристалле преобладают акцепторные примеси (т. е. он относится к р-типу), а при положительных х — донорные примеси (т. е. он относится к гг-типу) (фиг. 29.1). Распределение концентраций доноров N x) и акцепторов Na x) называется профилем легирования . Термин переход исполь- [c.210]

Такие А В полупроводниковые соединения могут стать полупроводниками л-типа в результате замещения некоторых атомов V группы атомами VI группы (иапример, Se, Те) или замещением элементов III группы иа Si, Ge или Sn. Они могут стать полупроводниками р-типа в результате замещения атомов III группы двухвалентными атомами, такими как Zn или d, а также Si, Ge или Sn вместо атомов V группы. Атомы IV группы могут стать или донорами, или акцепторами в А В полупроводниках. Они известны как амфотерные примеси. [c.198]

Полупроводники, содержащие одновременно донорную и акцепторную примеси. Широкое практическое применение получили полупроводники, содержащие одновременно донорную (Nj ) и акцепторную (iVa) примеси. На рис. 6.6 показана зонная структура такого полупроводника. Так как электроны стремятся занять наинизшие энергетические состояния, то они переходят с донорных атомов на акцепторные. Если концентрация доноров Л д больше, чем акцепторов N , то все акцепторные уровни оказываются занятыми электронами с донорных центров и не могут принимать электроны из валентной зоны. В то же время оставшиеся Л д — Мц доноров могут отдать свои электроны в зону проводимости, так что в целом такой полупроводник будет иметь проводимость п-тина. Происходит как бы компенсация акцепторов донорами. [c.168]

В примесном полуироводнике всегда имеются примеси двух видов доноры и акцепторы, так как полностью очистить полупроводник от примесей одного из типов, оставив другой, практически невозможно. Поэтому проводимость примесного полупроводника определяется преобладающей примесью. [c.33]

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]

Доноры и акцепторы. Рассмотрим роль тех примесей, атомы iOTopbix создают дискретные энергетические уровни в пределах запрещенной зоны полупроводника. При небольшой концентрации примесей их атомы расположены в решетке полупроводника на таких больших расстояниях друг от друга, что они не взаимодействуют, а потому энергетические уровни их почти такие же, как в отдельном (свободном атоме. Вероятность непосредственного перехода электронов с одного примесного атома на другой ничтожно мала. Однако примеси могут либо поставлять электроны в зону проводимости полупроводника, либо принимать их с уровней его валентной зоны. [c.233]

Один из наиболее распространенных методов изготовления подобных структур (диффузионный) основан на диффузии при температуре 1000 + 1300°С акцепторной примеси в доиорный полупроводник иди донорной примеси - в акцепторный. Диффузия может происходить из газообразной, жидкой или твердой зы при этом граница областей 1фисталла с электронным или дырочным типом проводимости и будет являться областью перехода. Из-за того, что концентрация легирующей примеси при диффузии спадает вглубь образца постепенно, изготовленный этим методом переход получается плавным. Резкий переход, в котором концентрация доноров и акцепторов на границе слоев е различным типом проводимости меняется скачком, можно лучить эпитаксиальным методом, осаждая иа подложку, наприм з, пластину полупроводника п-типа, плешо акцепторного полупроводника. [c.166]

Примеси в полупроводниках обычно рассматриваются как локализованные уровни с энергией, фиксированной по отношению к валентной зоне или зоне проводимости. Однако в 1949 г. Пирсон и Бардин показали [29], что энергия ионизации бора в Si уменьшается при увеличении концентрации примеси. Было доказано, что такое поведение характерно как для доноров [30], так и для акцепторов [31] в GaAs. Поскольку полупроводниковые лазеры часто изготавливаются из сильно легированного материала и работают при больших концентрациях инжектированных носителей, необходимо рассмотреть влияние этих больших концентраций на плотность состояний. При коццентрациях при-месей, характерных для полупроводниковых лазеров, нельзя описывать примеси локализованными уровнями, энергии которых отделены от краев зон некоторым промежутком. В этом случае произвольное распределение заряженных примесей в кристалле приводит к флуктуациям потенциала, которые создают хвосты плотности состояний в зоне проводимости и в ва- лентой зоне [4, 5, 32] j [c.155]

Примеси, которые в кристалле могут отдавать или принимать только один электрон и, следовательно, находиться только в двух различных зарядовых состояниях, называют простыми. Таким образом, простой донор в основном (неионизованном) состоянии — это примесь, с которой при сформировавшихся валентных связях связан один электрон а простой акцептор в основном состоянии — это примесь, с которой при сформировавшихся валентных связях связана одна дырка. Если же примесные атомы в основном состоянии при сформировавшихся валентных связях связывают несколько электронов или дырок, то примесь называют многозарядным донором или акцептором. Поведение примеси в полупроводнике при неизменных внешних условиях в значительной степени определяется ее положением в периодической системе. [c.117]

Термин амфотерность происходит от греческого слова амфотерос , что означает двойственный. Это понятие применительно к примеси в полупроводниках впервые ввел Данлэп (1955 г.) при анализе электрических свойств германия, легированного золотом. Оказалось, что примесь золота в одном и том же кристалле — германии — проявляет себя и как донор, и как акцептор. Под амфотерностью элементов принято понимать их способность образовывать положительные и отрицательные ионы. Если рассматривать амфотерные примеси в полупроводниках, то оказывается, что таких примесей не так уж много, но все же достаточно, чтобы выделить их в самостоятельный класс. К амфотерным примесям в полупроводниках относят примеси, которые в одном и том же матери- [c.118]

В полупроводниках имеются также примесные уровни, значительно удаленные и от начала зоны проводимости и от конца валентной зоны. Эти глубокие уровни могут быть как донорами, так и акцепторами электронов. Поскольку нх энергия ионизации велика, они не вносят существенного вклада в концентрацию носителей за счет обычной термической ионизации, но могут служить ловушками (такими же, как неглубокие уровни обычных примесей) при компенсации избыточных доноров и акцепторов или же центрами рекомбинации в полупроводниках. Иногда, например при поглощении света, электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, что приводит к избыточной, неравновесной концентрации носителей, электронов и дырок, которые в конечном итоге рекомбинируют. При малых избыточных концентрациях скорость рекомбинации пропорциональна концентрации носителей, и их число убывает во времени по закону ег 1 , где X —константа, называемая врелшВремя жизни при прямой рекомбинации может быть довольно большим вследствие необходимости одновременного выполнения двух законов сохранения энергии и импульса. Поэтому часто рекомбинация протекает с большей скоростью путем захвата носителей одного знака атомами примесей с более глубокими уровнями и последующей рекомбинацией носителями противоположного знака. Примером примесных уровней, которые служат центрами рекомбинации, являются уровни меди и никеля в германии. Процесс рекомбинации чрезвычайно чувствителен к наличию определенных примесей одна часть никеля на миллиард частей германия уменьшает время жизни носителей на один-два порядка. [c.74]

В некристаллич. и жидких П. примеси ведут себя иначе, чем в кристаллических. Отсутствие кристаллич. структуры приводит к тому, что примесный атом иной валентности, чем замещае 1ЫЙ, может насытить своя валентные связи, так что ему будет невыгодно присоединять лишний электрон или отдавать свой электрон. В результате примесный атом оказывается электрически неактивным. Это обстоятельство не позволяет. менять путём легирования тип проводимости, что необходимо, вапр., для создания р — п-переходов, Нек-рые аморфные П. изменяют электронные свойства под действием легирования, но в значительно меньшей степени, чем кристаллич. П. Чувствительность аморфных П. к легированию может быть повышена технол. обработкой. Насыщение аморфного 81 водородом и последующее легирование донорами или акцепторами обеспечивает п- или р-тип проводимости. Таким способом по-лзч1ен р — -переход в плёнках аморфного 8г, аморфный 8[ стал перспективны.м материалом для солнечных батарей (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники, Жидкие полупроводники). [c.38]

Свойства Т. р. на основе собств. полупроводников чувст-вигельмы к характеру и концентрации примссей замещения. При введении примесей с валентностью, большем валентности осн. атомов решётки (доноров), концентрация электронов превышает концентрацию дырок и полупроводник имеет проводимость п-типа (напр., 1 . р. As в Ge). В противоположном случае введения акцепторов полупроводник имеет проводимость j -THria (Т. р. А1 в Si). [c.52]

На рис. 2 приведены фототермоионизац. спектры чистых образцов Ge и Si. Линии в спектрах относятся к техноло-гически неконтролируемым остаточным кол-вам примесей и примесных комплексов, В образце Ge (рис. 2, а) суммарная концентрация акцепторов jVa = 6-10 см , доноров Л д = 9 10 см -, темп-ра образца Г=6,5 К, разрешение 0,03 см . В образце Si (рис. 2,6) Л л=10 м 10 см , Т= 1 К, разрешение 0,25 см . Кроме анализа чистоты Ge и Si Ф. с, используется также для исследования локализованных состояний и анализа примесей в арсениде галлия, фосфиде индия, теллуриде кадмия, ПП алмазе и др. Чистые полупроводники AjB, содержат больше остаточных примесей, чем Ge и Si. Для устранения эффектов, связанных с перекрытием состояний близко расположенных атомов примеси, приводящих к сильному уширению и даже исчезновению линий в спектрах, исследуемые образцы помещают в маги, гголе, к-рое сжимает основное и возбуждённое состояния, увеличивает энергии связи электронов и снимает перекрытие состояний. [c.362]

ГОМОГЕННАЯ СИСТЕМА (от греч. homogenes — однородный), термодинамич. система, св-ва к-рой (состав, плотность, давление и др.) изменяются в пр-ве непрерывно. Гомогенными могут быть газовые смеси, жидкие или тв. р-ры и др. системы. Различают физически однородные и неоднородные Г. с. У однородных Г. с. с-ва в разл. частях системы одинаковы, у неоднородных — различны. Однако благодаря непрерывному изменению св-в в неоднородной Г. с., в отличие от гетерогенной системы, нет частей, ограниченных поверхностями раздела, на к-рых хотя бы одно св-во изменялось скачком (система однофазна). Примером физически неоднородной Г. с. может служить газ в поле тяготения — его плотность непрерывно изменяется с высотой. ГОМОПЕРЕХ0Д, в отличие от гетероперехода — контакт двух областей с разными типами проводимости или концентрациями легирующей примеси в одном и том же кристалле полупроводника. Различают р — п-переходы, в к-рых одна из двух контактирующих областей легирована донорами, а другая — акцепторами (см. Электроннодырочный переход), /г+— -переходы (обе области легированы донорной примесью, но в разл. степени) и Р —р-переходы (обе области легированы акцепторной примесью). [c.134]

Примеси внедрения. Структуры типа алмаза. Тип электропроводности определяется размерами и электроотрицательностью примесных атомов, внедряющихся в междоузлия решеток полупроводников IV группы периодической системы. Эксперимент показывает, что, в противоречие с указанным выше правилом валентности, литий (I группа), внедряясь в междоузлия решетки германия, будет донором, а кислород (VI группа) — акцептором. Внедрение большого по размерам атома лития в тесные междоузлия решетки германия оказывается возможным только после его ионизации вследствие слабой связи валентного электрона, легко о грыва-ющегося от своего атома в среде с большой диэлектрической проницаемостью (б германия-16). Образовавшийся ион лития меньших размеров может уже внедряться в тесные междоузлия решетки, а освободившийся электрон обусловливает электропроводность п-типа. Внедрение в междоузлия решетки полупроводника атомов кислорода, имеющих сравнительно небольшие размеры и большую электроотрицательность, приводит к захватам электронов из атомов полупроводника, вследствие чего возникает электропроводность р-типа. Если атом Ge или Si под влиянием энергетического воздействия перебрасывается в междоузлие, то образуются два примесных уровня донорный внедренного атома и акцепторный пустого узла. [c.236]

Смотреть страницы где упоминается термин Примеси в полупроводниках доноры и акцепторы : [c.402] [c.109] [c.61] [c.495] [c.434] [c.407] [c.156] [c.119] [c.92] [c.656] [c.185] [c.515] [c.579] [c.348] [c.494] [c.157] [c.136] [c.295] [c.151]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...