Энергетические уровни примесных атомов в кристалле

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ В КРИСТАЛЛЕ [c.235]

Для того чтобы кристалл был диэлектриком, уровень Ферми должен оказываться в запрещенной зоне для всех значений к. Далее, для большинства диэлектриков имеется широкая, порядка нескольких электрон-вольт, энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости. Если энергетическая щель узкая, так что электроны могут при тепловом возбуждении преодолевать ее непосредственно или при помощи примесей (электроны могут занимать энергетические уровни примесных атомов внутри щели) и, [c.303]

Введение в полупроводник примесных атомов приводит к нарушению в нем стехиометрического состава и периодичности кристаллической решетки. Примеси вносят в структуру полупроводника дополнительные квантовые уровни, отличающиеся от зонной структуры уровней основного кристалла. В полупроводниках примеси в зависимости от их природы и природы полупроводников могут образовывать п- или р-проводимости. Примеси, образующие и-проводимость, должны иметь большую валентность, чем валентность, основного полупроводника примеси, создающие р-проводимость, должны иметь валентность меньшую по сравнению с валентностью основного полупроводника. Например, для четырехвалентного германия пятивалентные примеси As, Р, Sb и др. создают электронную проводимость, поскольку четыре атома примеси, занимая в кристаллической решетке германия определенные узлы, образуют ковалентные связи с соседними атомами германия, а избыточный (пятый) электрон внешней орбиты мышьяка остается свободным. Такие свободные электроны создают электронную проводимость. Примеси, освобождающие электроны, называются донорами, а соответствующие им энергетические уровни — донорными [c.282]

В гл. 5 было показано, что энергетический спектр электрона, движущегося в строго периодическом поле неограниченного кристалла, имеет зонную структуру полосы разрешенных энергий отделены друг от друга зонами запрещенных энергий. Нарушение периодичности потенциала, вызванное дефектами решетки (примесными атомами, вакансиями и др.), приводит к возникновению в запрещенной зоне дискретных уровней. [c.240]

При Сз < примесь распределяется в решетке моноатомно, создавая в запрещенной зоне локальные энергетические уровни. При С5 > распределение примеси по кристаллу перестает быть однородным. Причем в начале наблюдается небольшое расхождение в значениях С,- и С , но вскоре С достигает своего максимального значения С , а С продолжает расти с ростом С . Этот эффект связан с тем, что при больших концентрациях примеси примесные атомы, по-видимому, могут образовывать [c.279]

На протон в магнитном поле формально похожа другая система — изолированный атом, либо в газе, либо в качестве примеси в кристаллической решетке (рис. 3). Такие атомы характеризуются некоторыми вполне определенными энергетическими состояниями, и между этими состояниями всегда возможны переходы при посредстве какого-нибудь взаимодействия. Примером такой системы является примесь хрома, которая делает кристалл окиси алюминия рубином. Под действием поляризованного по кругу света примесные ионы хрома в рубине возбуждаются. Их можно рассматривать как ансамбль двухуровневых систем, причем переходы между уровнями происходят при взаимодействии электрических дипольных моментов ионов с вектором электрического поля, который у поляризованного по кругу света вращается. Чтобы получить переходы между двумя уровнями, освещают ионы хрома такими резонансными импульсами света, которые должны возбуждать только два из многочисленных уровней энергии иона, и тогда остальными уровнями можно пренебречь. Это формальное соответствие между системами атомов хрома и системами ядер позволяет предсказать явление эха, аналогичное эху ядерных спинов. Эхо, порожденные ионами хрома, должны быть импульсами света, образовавшимися в результате макроскопических колебаний электрических дипольных моментов. При этом не [c.143]

В этих лазерах рабочей средой служат жидкие диэлектрики с примесными рабочими атомами. Оказалось, что, растворяя редкоземельные элементы в некоторых жидкостях, можно получить структуру энергетических уровней, очень сходную со структурой уровней примесных атомов в твердых диэлектриках. Поэтому принцип работы жидкостных лазеров тот же, что и твердотельных. Преимущества жидкостных лазеров очевидны во-первых, не нужно ни варить стекло высокого качества, ни расти1 ь були для кристаллов. Во-вторых, жидкостью можно заполнять любой объем, а это облегчает охлаждение активного вещества путем циркуляции самой жидкости в приборе. [c.35]

Характер энергетического спектра зависит от "степени нару-шенности" периодичности потенциала в системе, т.е. от величины вклада в потенциальную энергию электрона случайной компоненты ь(г). Проследим на качественном уровне трансформацию энергетического спектра кристалла полупроводника при возрастании амплитуды случайного силового поля — например, при добавлении в кристалл хоатически распределенных атомов примеси. Очевидно, из-за вариаций величины потенциальной энергии электронов в поле примесных атомов в исследуемом образце возникнут беспорядочно распределенные в пространстве потенциальные "ямы" и "горбы" различной глубины (высоты) и ширины. В достаточно глубоких и широких потенциальных ямах могут возникнуть локализованные состояния, точно так же, как они возникают вблизи атомов легирующей примеси кристалла. В отличие от кристалла, в неупорядоченной системе энергетические уровни электронов в разных ямах различны и, кроме того, случайным образом распределены в пространстве. В соответствии с принятой терминологией, мы будем называть такие уровни флуктуа-ционными. [c.115]

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]

Доноры. Заполненные при отсутствии внешних энергетических воздействий (теплота, свет) примесные уровни расположены р запрещенной зоне около дна зоны проводимости (рис. 8-1, б). При этом энергия активации примесных атомов меньше, чем ширина запрещенной зоны основного полупроводника, а потому при нагреве тела переброс электронов примеси будет опережать возбуждение злектронов решетки. Положительные заряды, возникшие у отдален-ь ых друг от друга примесных атомов (на рис. 8-1,6 уровни примеси г оказаны с разрывами), остаются локализованными, т. е. не могут блуждать по кристаллу и участвовать в электропроводности. Полу-лроводник с такой примесью имеет концентрацию электронов, большую, чем концентрация дырок, появившихся за счет перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, и его называют полупроводником п-типа, а примеси, поставляющие электроны в зону проводимости, — донорами. [c.233]

Примесные уровни. У кристаллов InSb энергетическая щель Eg = 0,23 эВ, диэлектрическая проницаемость е = 17, эффективная масса электрона Ше = 0,015т. Рассчитать а) энергию ионизации доноров, б) радиус орбиты в основном состоянии, в) минимальную концентрацию доноров, при которой станут заметными эффекты, связанные с перекрытием орбит соседних примесных атомов. Такое перекрытие приводит к образованию примесной зоны — зоны, энергетические уровни которой приводят к появлению проводимости, по-видимому за счет перескока электронов от одного примесного атома к другому, ионизованному. [c.417]

Таким образом, краевые дислокации по электрическим свойствам оказываются сходными с примесными центрами. Однако между ними имеются и существенные различия. Дислокации образованы непрерывной цепочкой атомов основного вещества (среднее расстояние между ними очень мало вдоль дислокации), и поэтому их нельзя считать изолированными дефектами как в случае примесных атомов. Отдельные дислокации можно представить как одномерные кристаллы, которые в запрещенной зоне могут создавать энергетические дислокационные зоны. Следует заметить, что при наличие примесных атмосфер Коттрелла вблизи дислокации могут возникать и дискретные локальные уровни. [c.109]

В гл. 1 был рассмотрен / -я-переход, в области объемного заряда которого не происходит ни генерации носителей заряда, ни их рекомбинации. Рекомбинационно-ге-нерационные процессы рассматривались только в базовой области вентиля. При этом предполагалось, что тепловая генерация носителей заряда происходит за счет непосредственного перехода электрона из валентных связей в свободное состояние, а рекомбинация — за счет возвращения электрона в валентные связи. Как уже говорилось, рекомбинационно-генерационные процессы могут осуществляться с помощью примесных атомов. Возбужденный электрон в таком случае переходит сначала из валентной связи на такой атом, а затем с этого атома в свободное состояние. Аналогичным образом происходит рекомбинация. Такие рекомбинационно-генерационные центры называются центрами захвата или ловушками . В кристалле полупроводника может быть несколько типов таких центров, соответствующих различным энергиям ионизации. Для упрощения рассмотрим идеализо-ванную модель р- -нерехода, в котором имеются центры захвата только одного типа, лежащие на одном энергетическом уровне. Такие центры могут захватывать электроны из валентных связей, что приводит к появлению дырки, и отдавать обратно захваченные электроны, что приводит к исчезновению дырки. Захваченные электроны могут переходить в свободное состояние, что приводит к появлению свободного электрона, и свободные электроны могут возвращаться в центр захвата, т. е. происходит исчезновение свободного электрона. В базовой области вентиля, где нет электрического поля, все четыре процесса находятся в состоянии термодинамического равновесия. Количество электронов и дырок в свободном со- [c.47]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...