Легирование полупроводников

Цель третьей главы — Статистика электронов в полупроводниках и металлах — пояснить эффекты вырождения электронного газа и показать на примере легированных полупроводников определяющую роль концентрации свободных носителей заряда. [c.3]

Имеется пять особенностей сильно легированных полупроводников, причем две из них видны непосредственно на рис. 44 (виг). [c.121]

Изложено термодинамическое обоснование возможности ретроградного распада с выделением жидкой фазы. Приведены оригинальные данные о прецизионном построении кривых ретроградного солидуса в важнейших полупроводниковых системах с участием германия, кремния, арсенида индия и др. Рассмотрены кинетика распада и структурный механизм этого процесса. Обосновано использование диаграммы фазовых равновесий при выборе уровня легирования полупроводников и режимов их термической обработки. Описаны возможности направленного изменения свойств материалов, обеспечивающих надежную работу электронных устройств. [c.51]

Первый метод состоит в добавлении легированного полупроводника в расплав в процессе вытягивания. Первоначально ведут вытягивание монокристалла, наиример, из расплава -германия. В известный момент в расплав вводят навеску сильно легированного р-германия. Сразу же в вытягиваемом кристалле начнет преобладать р-проводимость. Полученная р-область вместе с ранее выращенным участком кристалла образует р- н-переход. [c.184]

Как указывалось в гл. 3, это условие удовлетворяется для собственных и не сильно легированных полупроводников, которые называют поэтому невырожденными полупроводниками. Остановимся на этом важном понятии более подробно. [c.159]

В легированных полупроводниках количество электронов для электронных полупроводников и дырок для дырочных полупроводников может быть намного больше, чем в собственных полупроводниках. В соответствии с этим уровень Ферми в полупроводниках п-типа располагается выше, а в полупроводниках /3-типа ниже середины запрещенной зоны. Если, однако, степень [c.160]

Область 1 соответствует сильно легированному полупроводнику м-типа. Для такого полупроводника >р0, Пл. поэтому г =Тро. Время жизни избыточных носителей в области / не зависит [c.176]

ОТ концентрации основных носителей и определяется временем захвата неосновных носителей (дырок) Трд. Это легко понять, обратившись к рис. 6.10, д и 6.11, а. В сильно легированном полупроводнике п-типа уровень Ферми располагается выше уровня ловушек л. Поэтому все ловушки оказываются заполненными электронами, и пока не освободится хотя бы одна из них, электрон из зоны проводимости не может быть захвачен ловушкой. Зато, как только ловушка освободится, т. е. как только она захватит дырку, она мгновенно будет занята одним из электронов зоны проводимости, которых в полупроводнике п-типа очень много, и акт рекомбинации произойдет. Именно поэтому в полупроводнике п-типа время жизни определяется временем захвата дырки Тро, полностью заполненным рекомбинационным уровнем Ел (ловушками). [c.177]

В сильно легированном полупроводнике р-типа (рис. 6.11, в) уровень Ферми расположен вблизи валентной зоны (рис. 6.10, а, область IV), поэтому концентрация дырок в валентной зоне велика и почти все ловушки пустые. В этом случае время жизни электронно-дырочной пары определяется захватом электронов (концентрация которых мала) на уровень ловушки как только электрон будет захвачен ловушкой, она мгновенно заполнится одной из дырок, число которых велико. Время жизни будет определяться временем захвата электрона на пустые ловушки т о- Как и в материале п-типа, время жизни электронно-дырочных пар контролируется временем захвата неосновных носителей. [c.177]

По мере уменьшения степени легирования полупроводника р-типа уровень Ферми поднимается вверх (рис. 6.10, а), степень [c.177]

Качественно это можно понять из следующих соображений. В термогенераторах стремятся получить наибольший перепад температур между горячим и холодным концами полупроводника при возможно меньшей затрате тепловой энергии. Чем ниже теплопроводность полупроводника, тем больше, следовательно, величина термо-э. д. с. При этом уменьшать теплопередачу от горячего конца к холодному за счет удлинения полупроводника нельзя, так как при этом будет увеличиваться внутреннее сопротивление термогенератора и к. II. д. будет падать. По этой же причине выгодно иметь максимальную удельную электропроводность а полупроводника. Так как с увеличением степени легирования полупроводника а падает, а К и а растут, то для каждого полупроводника существует оптимальная степень легирования, обеспечивающая максимальную величину a olK, а следовательно, и к. п. д. [c.262]

Рассмотрим влияние легирования полупроводника на собственное поглощение. До тех пор пока уровень легирования не слишком высок и полупроводник остается невырожденным, легирование практически не сказывается на спектре собственного поглощения. Объясняется это тем что в невырожденных полупроводниках степень заполнения электронами состояний в зоне проводимости очень мала, так что они практически не мешают переходам электронов из валентной зоны. G другой стороны, в невырожденных полупроводниках даже р-типа степень заполнения состояний в валентной зоне близка к 1 и вероятность оптических переходов из этих состояний не зависит от степени легирования. [c.322]

При слабом легировании (см. Легирование полупроводников) примесные атомы можно считать изолированными друг от друга. Волновые ф-ции электронов и силовые поля V соседних примесных атомов (кулоновские для заряж. примесей — ионов, упругие — для нейтральных атомов) не перекрываются (рис. 1, а). [c.501]

При повышении концентрации примесных атомов электрон, локализованный вблизи одного из атомов примеси, начнет испытывать воздействие и со стороны других примесных атомов. В результате его энергетический уровень, оставаясь дискретным, несколько сдвйнется по энергии. Величина этого сдвига зависит от расположения других примесных атомов относительно центра локализации она тем больше, чем больше атомов примеси отстоит от центра на расстояние, не превышающее примерно Го (го — так называемый радиус экранирования, в случае слабо легированных полупроводников го>ав, где ав — радиус боровской орбиты в ир исталле см. гл. II, 8). Но распределение примеси в решетке никогда не бывает строго упорядоченным. Всегда имеют место локальные флюктуации концентрации. Поэтому и сдвиг энергии примесного уровня относительно дна свободной зоны Ес оказывается случайным и различным в разных точках образца. Это приводит к тому, что в запрещенной зоне вместо одного дискретного уровня появляется некоторый их набор. Такое явление называется классическим уширением уровней (см. рис. 44, б Ес—АЕ — энергия бывшего уровня примеси). Изложенная ситуация отв1бчает промежуточно легированному полупроводнику. [c.120]

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]

Пятая особенность сильно легированных полупроводников связана с ролью экранирования поля заряженных атомов примеси. Причины, вызывающие эффект экранирования, могут быть различными перераспре Деление свободных носителей заряда в пространстве, преимущественное расположение отрицательно заряженных ионов примеси около положительных (в случае компенсации) и т. д. Рассмотрим следствия из этого факта. [c.123]

В сильно легированном полупроводнике можно добиться условия, при котором Го ав, где ав —радиус первой боров-ской орбиты 1ВО Дородоподо1бного иона в кристалле. Указанное соотношение между го и Зв при экранировании приводит к исчезновению дискретных уровней, создаваемых примесным ионом. Поэтому если исчезают примесные уровни, то не может существовать примесная область спектра. Попутно поясним, что роль экранирования определяется и концентрациями свободных носителей заряда, и концентрацией заряженных атомов примеси. Но указанные величины зависят от характера энергетического спектра системы—от того, существуют ли и в каком количестве примесные уровни. Поэтому задача сводится к тому, что сам энергетический спектр сильно легированного полупроводника следует определять самосогласованным полем. [c.123]

Пятая особенность сильно легированных полупроводников приводит (в логическом плане) к необходимости ставить задачу об энергетическом спектре сильно легированного полупроводника в рамках современной теории многих тел. В указанном плане рещение этой задачи сводйтся к нахож- [c.123]

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]

По мере уменьшения степени легирования полупроводника р-типа уровень Ферми опускаетсй (рис. 6.10, а), число электронов в зоте проводимости уменьшается и степень заполнения ловушек электронами падает (рис. 6.11, б). Когда уровень Ферми опускается ниже уровйя ловушек Е , многие из них оказываются пустыми. Уменьшение числа мест для дырок на уровне ловушек приводит к тому, что время жизни дырок возрастает, вследствие чего возрастает и время жизни электронно-дырочных пар — область II. [c.177]

Вероятность межзоиной рекомбинации и излучательных переходов зона — примесь растет с увеличением (до определенного предела) степени легирования полупроводника, что также используется при изготовлении светодиодов. Рис. 12.12. Схема оптронной Спектральный состав рекомбинацион- ного излучения определяется распреде- [c.332]

Левингера формула 33 Легирование полупроводников 253 Ловушки для конденсации паров масла вымораживающие 49 термоэлектрические 50 Металлография высокотемпературная 5, 11 [c.302]

Скорость тсрмпч. генерации и рекомбинации носителей в обеднённом слое через глубокие уровни (расположеииые вблизи середины запрещённой зоны) выше по сравнению с теми же процессами в объёме полупроводника (механизм С а — Н о й с а — Ш о к л и). Напр., отношение скоростей термич. генерации в обеднённом слое и объёме порядка WnjHn,T, где п — концентрация основных носителей, W — тол-шина слоя, I — длина диффузии носителей, и — концентрация собственных носителей. В Ge, Si и др. полупроводниках, как прави.т1о, W<.1, но в легированных полупроводниках что делает этот механизм существенным. [c.448]

Ионолитографвя обладает свойствами сканирующей электронолитографии, но эффект обратного рассеивания здесь выражен значительно слабее. Жидкометал-лич. ионные источники создают плотные пучки. Сканирующие ионные системы используют для прямого формирования структуры интегральных схем без шаблонов. При этом ионный пучок, управляемый ЭВМ, осуществляет легирование полупроводника, вносит в него локальные радиац. повреждения, осуществляет травление подложки. Однако производительность в этом случае низкая. [c.137]

В зависимости от кол-ва и вида примесей соотношение между концентрациями электронов и дырок может быть разным (си. ниже). Частицы, представленные в большинстве, ваз. осн. носителями заряда, в меньшинстве — неосновными. Дозиров. введение примесей позволяет получать П. с требуемыми свойствами (см. Легирование полупроводников). [c.38]

Зависимость свойств П. м. от природы и концентра- дни примесей и дефектов используют для целенаправ- ленного изменения характеристик П. м. путём легнро-вания (см. Легирование полупроводников). [c.46]

В ионно-легиров. П. д. переход создаётся внедрением примесных атомов в кристалл при облучении его пучком ионов (см. Ионная имплантация]. Обычно внедряется бор в полупроводник п-типа и фосфор в полупроводник р-типа (см. Легирование полупроводников). Толщина входного окна в ионно-легиров. П. д. может достигать величины 1 мкм. Для обеспечения высоких характеристик ионно-легиров. П. д. необходим отжиг радиационных дефектов, к-рые возникают при внедрении ионов. [c.49]

Если ва поверхности полупроводника нет поверхностных состояний [напр., поверхности (110) СаАа н 1пР], то при изменении уровня Ферми в объёме (при легировании полупроводника или изменеяии темп-ры) изменяется и Р. в.— в соответствия с ф-лой (1). Однако при большой плотности поверхностных состояний (как, напр., у Се, 81) изменение вызывает такое изменение Фвак — Фоб, к-рое компенсирует изменение р, так что Р. в. оказывается нечувствительной к изменениям р в объёме полупроводника. [c.194]

В легированных полупроводниках при низких темп-рах доминирует междолинное рассеяние на нри-иесных центрах и дефектах. Вероятность рассеяния в этом случае может спадать с ростом энергии электронов, так что сильнее разогретые долины избыточно наполняются, а менее разогретые — опустошаются. К тому же внутридолинное рассеяние на заряж. примесях способствует росту подвижности с разогревом. Это сочетание приводит к т, н. аномальному С.— Ш. э., при к-ром неравенства изменяют знак, т, е. п-Ое ведёт себя, как и-31 (и наоборот). [c.419]

Рис. 2. Энергия носителей заряда в поле прииесей при сильно легировании полупроводника.

Во мн. веществах С. з. зависит от наличия посторонних примесей. В полупроводниках и дизлектрийах С. 3. чувствительна к концентрации примесей так, при легировании полупроводника примесью, увеличивающей число носителей тока, С. з. уменьшается с увеличением концентрации при увеличевци темп-ры С. з. слабо увеличивается. [c.547]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...