Некристаллические полупроводники

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]

ГЛАВА ПЕРВАЯ. НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ [c.5]

Необходимо отметить, что отсутствие дальнего порядка в расположении атомов некристаллических полупроводников не означает их полного беспорядка. Сохраняется ближний порядок, что во многом обусловлено химической природой атомов, составляющих материал, которая не изменяется при переходе от кристаллического состояния к некристаллическому. Наличие ближнего порядка дало возможность, хотя и не на количественном, а только на качественном уровне развить физику некристаллических полупроводников. В основу ее легло положение, выдвинутое советскими учеными А. Ф. Иоффе и А. Р. Регелем о том, что основные, фундаментальные свойства вещества определяются ближним, а не дальним порядком в расположении атомов. [c.10]

Поскольку при переходе от кристаллического состояния к некристаллическому ближний порядок в расположении атомов сохраняется, это положение позволяет применять понятия запрещенной и разрешенных энергетических зон (валентной зоны, зоны проводимости) для описания энергетических состояний электронов в некристаллических полупроводниках. Однако возможность применения этих понятий не означает, что энергетические зоны в кристаллических и некристаллических полупроводниках имеют одинаковое строение. Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов, хотя и не затрагивает само существование энергетических зон, приводит к существенному перераспределению в них разрешенных энергетических уровней. [c.10]

Если сравнить распределение плотности состояний по энергиям в кристаллических и некристаллических полупроводниках, то основным их отличием является присутствие в запрещенной зоне некристаллических полупроводников значительного количества разрешенных состояний (рис. 4, г). Таким образом, запрещенная зона некристаллических полупроводников не является запрещенной в полном смысле. Вследствие отсутствия дальнего порядка в диапазон энергий, соответствующий запрещенной зоне, из валентной зоны и зоны проводимости сдвигается часть разрешенных энергетических уровней, так называемые хвосты валентной зоны и зоны проводимости (заштрихованные области слева и справа). [c.10]

Наличие локализованных состояний в запрещенной зоне и их распределение по энергиям существенно влияют на электрофизические, оптические и другие свойства некристаллических полупроводников. В свою очередь, количество, а также распределение локализованных состояний по энергиям определяются взаимным расположением атомов, или атомной (молекулярной) структурой материала. Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов некристаллических полупроводников приводит к тому, что при одном и том же химическом составе материала его структура (взаимное расположение атомов), а следовательно, и свойства могут быть различными. Эта особенность некристаллических полупроводников, с одной стороны, позволяет управлять при неизменном химическом составе свойствами материала, изменением его структуры в процессе изготовления образцов, а с другой стороны, делает необходимым при производстве приборов на основе некристаллических полупроводников контролировать не только химический состав, но и атомную структуру исходного материала. [c.11]

В чем основные отличия распределения плотности состояний по энергиям в некристаллических полупроводниках по сравнению с кристаллическими [c.22]

В настоящем курсе не будут рассматриваться особенности материаловедения и технологии некристаллических полупроводников, которые обычно выделяются в особый раздел физики полупроводников и о которых можно прочитать в специальной литературе [7,8]. Однако для полноты классификации дадим о них самые общие сведения. [c.11]

Общей чертой некристаллических полупроводников является отсутствие дальнего порядка в расположении атомов, результатом которого оказываются существенные изменения в энергетическом спектре и низкая подвижность носителей заряда. [c.12]

В последние годы исключительно интенсивно развивается физика некристаллических веществ, к которым относятся жидкие металлы и полупроводники, стекло, аморфные металлические сплавы и т. д. Основной отличительной чертой кристалла является то, что атомы или молекулы, составляющие его, образуют упорядоченную структуру, обладающую периодичностью с дальним порядком. Из-за математических упрощений, связанных с этой периодичностью, физические явления в кристаллических твердых телах были хорошо поняты сразу после создания квантовой механики. [c.353]

Подавляющее большинство окружающих нас веществ представляет собой неупорядоченные системы, в которых отсутствует дальний порядок, но в то же время существует ближний порядок в расположении атомов. Такие вещества называют аморфными, некристаллическими или неупорядоченными. Среди неупорядоченных веществ имеются такие, которые обладают механическими свойствами, сходными с механическими свойствами кристаллических твердых тел. Некристаллические вещества, в которых коэффициент сдвиговой вязкости превышает 10 —10 H /м , обычно называют аморфными твердыми телами (типичное значение вязкости для жидкости вблизи температуры плавления 10 H /м ). Многочисленные экспериментальные исследования показали, что аморфные твердые тела, подобно кристаллическим, могут быть диэлектриками, полупроводниками и металлами. [c.353]

Рис. 4. Графики распределения плотности состояний по энергии Ы(Е) ъ кристаллических полупроводниках собственной (а), электронной (б), дырочной (в) электропроводности и некристаллическом (г)

Рассмотрим особенности некристаллических полупроводниковых материалов. Наиболее существенным отличием этих полупроводников является отсутствие в них кристаллической решетки и, как следствие, дальнего порядка в расположении атомов, что усложняет их теоретический анализ (см. рис. 1, б). [c.9]

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]

Заслуга первого обобщения обширной информации по исследованию различных классов структурно-неупорядоченных систем жидких и аморфных полупроводников и металлов принадлежит Н. Мотту. Совместно с Э. Дэвисом он написал широко известную монографию Электронные процессы в некристаллических веществах , переведенную на русский язык (М. Мир, 1974). Часть глав этой книги посвящена жидким полупроводникам. Материал этих глав, как и вся книга в целом, ясно показывает, насколько важны исследования по жидким полупроводникам с точки зрения понимания фундаментальной проблемы механизма электронной проводимости в неупорядоченных си " стемах, однако объем глав явно недостаточен для детального ознакомления с этим направлением исследований. [c.6]

Мы не считаем целесообразным подвергать здесь критике оригинальные идеи, высказанные автором книги, а тем более вступать с ним в полемику. Во-первых, для таких трудно интерпретируемых объектов, как жидкие полупроводники, каждый новый подход может оказаться полезным во-вторых, сама базовая идея молекулярной модели в приложении к неупорядоченным системам, а именно слабое влияние атомов вещества за пределами области ближнего порядка на локальную энергетическую структуру в пределах этой области, в неявном виде давно живет в литературе и впервые была высказана еще Я. И. Френкелем. Следует также заметить, что теория молекулярных связей, как и все теоретические модели для некристаллических материалов, является в значительной мере качественной. Однако даже качественный уровень понимания в этой сложной области исключительно важен. [c.7]

Все полупроводники могут быть разделены на кристаллические и некристаллические. [c.11]

В Н. с., как и в кристалле, вводят понятие ферми-уровня 8 р. Электропроводность а Н. с. зависит от расположения 8р относительно порогов подвижности. Если 8р находится вне полосы локализов. состояний, то а слабо зависит от Т (металлич. проводимость). Если 8р лежит внутри полосы, то о экспоненциально зависит от Т [аморфный полупроводник). По совр, представлениям порог подвижности существует лишь в трёхмерных Н. с. В одномерных и двухмерных Н. с. состояния локализованы при всех энергиях, так что при достаточно низких темп-рах электропроводность носит активационный характер. Низкотемпературные термодинамич. св-ва Н. с. определяются не только длинноволновыми фононами, но и локализованными двухуровневыми образованиями, возбуждение к-рых происходит за счёт туннелирования атома из одной позиции в другую. Этими возбуждениями объясняется наблюдаемая в нек-рых диэлектрич. стёклах линейная зависимость теплоёмкости от темп-ры и аномалии теплопроводности при очень низких темп-рах. ф М о т т Н., Электроны в неупорядоченных структурах, пер. с англ., М., 1969 Мотт Н., Дэвис Э., Электронные процессы в некристаллических веществах, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1982 Садовский М. В., Локализация электронов в неупорядоченных системах, УФН , 1981, т. 133, в. 2 Займан Дж., Модели беспорядка, пер. с англ., М., 1982. А. Л. Эфрос. [c.467]

В некоторых стеклообразных полупроводниках переход в вы-сокопроводящее состояние может быть осуществлен под действием света. Это открывает большие возможности для использования их. в области печати. Из аморфного полупроводника с таким запоминаемым переключением можно изготовить постоянную матрицу и сделать с нее неограниченное число электрофотографических отпечатков без необходимости добавочного экспонирования. Вообще,, одной из наиболее перспективных областей использования некристаллических полупроводников является область получения изображения. [c.371]

Интересными новыми материалами в группе гидрированных некристаллических полупроводников являются так называемые микрокристаллические пленки. Наиболее изученным представителем этой достаточно специфической категории пленочных материалов является микрокристаллический кремний - i -Si H. Электрофизические и оптические свойства (i -Si H существенно отличаются от соответствующих свойств аморфного гидрированного кремния, что обусловлено, в первую очередь, специфическими особенностями его структуры. Микрокристаллический кремний состоит из аморфной и кристаллической фазы. Последняя представлена микрокристаллитами, размеры которых колеблются в пре- [c.103]

Экспериментальные результаты, подобные показанным на двух последних рисунках, не могут, конечно, количественно объяснить электропроводности в некристаллических полупроводниках. Прежде чем можно будет сделать однозначные утверждения, следует измерить другпе характеристики. Более того, только небольшое количество отдельных результатов на отдельных веществах может быть проанализировано так же ясно, как в вышеуказанных примерах. Случаи, которые мы обсудили, таким образом, предназначены только для иллюстрации правильности в своей основе концепции перескоков, обрисованной в общих чертах. Они представляют собой только очень малую часть проблемы электропереноса в неупорядоченных твердых телах. Многие вопросы в этой области все еще нуждаются в фундаментальном объяснении. [c.152]

К числу некристаллических полупроводников относятся аморфные полупроводники (а-51, а-Ое, Зе, ЗЬ, Те) жидкие полупроводники (расплавленный Зе, Те, расплавы оксидов, сульфидов, селенидов и теллури-дов некоторых металлов) стеклообразные полупроводники. Наибольшее распространение среди стеклообразных полупроводников получили халь- [c.11]

Исследования дифракции рентгеновских лучей, электронов и исследование дальней тонкой структуры рентгеновских спектров поглощения (ЕХАРЗ-спектроскопия) показывают, что ближайшее окружение и межатомные расстояния в некристаллических полупроводниках практически не отличаются от их кристаллических аналогов. Таким образом, можно сделать вывод, что полупроводниковые свойства материалов обусловлены ближним порядком (типом связи), а не дальним порядком (кристаллической структурой материалов). [c.12]

Существование металлов, полупроводников и диэлектриков, как известно, объясняется зонной теорией твердых тел, полностью основанной на существовании дальнего порядка. Открытие того, что аморфные вещества могут обладать теми же электрическими свойствами, что и кристаллические, привело к переоценке роли периодичности. В 1960 г. А. Ф. Иоффе и А. Р. Регель высказали предположение, что электрические свойства аморфных полупроводников определяются не дальним, а ближним порядком. На основе этой идеи была развита теория неупорядоченных материалов, которая позволила понять многие свойства некристаллических веществ. Большой вклад в развитие физики твердых тел внесли советские ученые А. Ф. Иоффе, А. Р. Регель, Б. Т. Коломиец, А. И. Губанов, В. Л. Бонч-Бруевич и др. Губановым впервые дано теоретическое обоснование применимости основных положений зонной теории к неупорядоченным веществам. [c.353]

Зонная теория твердого тела удовлетворительно объясняет специфические особенности полупроводникав. Эта теория является следствием применения квантовой механики к проблеме твердого тела, но зонная модель распространяется и на апериодическое поле, свойственное некристаллическим веществам. Наличие жидких и аморфных полупроводников свидетельствует о том, что полупроводниковые свойства в первую очередь определяются природой химической связи данного атома с его ближайшим окружением, т. е. ближний порядок является определяющим. Разумно под термином химическое строение понимать совокупность энергетических, геометрических и квантовохимических характеристик вещества (порядок, длина и энергия связи, рашределение и пространственная направленность электронных облаков, эффективные заряды и т. д.). Но главным в учении о химическом строении является природа химической связи всех атомов, входящих в состав данного вещества. [c.94]

Аморфные полупроводники изготовляют в виде тонких пленок напылением или осаждением на подложку. Если температура подложки невысока, попадающие на нее атомы не имеют достаточной энергии для перемещения (миграции) и не могут выстроиться в кристаллическую рещетку. В результате образуются пленки с некристаллической структурой, характерной особенностью которых по сравнению со стеклами является отсутствие эфф< кта размягчения. В процессе нагрева такой материал при некоторой температуре переходит из твердого некристаллического состояния в кристаллическое. [c.13]

Вполне реальными для широкого практического освоения в ближайшем будуш ем являются процессы получения высококачественных моно-кристаллических слоев кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов на изолирующих (в том числе некристаллических) подложках большой площади, а также процессы эпитаксиального выращивания многослойных гетерокомпозиций типа металл—диэлектрик-полупроводник. В последнем случае, помимо традиционных эпитаксиальных технологий, целесообразно использовать интенсивно разрабатываемые в последние годы процессы создания скрытых проводящих и диэлектрических слоев, путем высокодозовой ионной имплантации ( ионного синтеза ) и последующего термического отжига. Успешная реализация последних требует детального исследования закономерностей дефектообразования и механизма протекающих процессов на различных этапах ионного синтеза и последующей твердотельной эпитаксии. Пока такого рода исследования проводятся в основном в применении к кремнию. На очереди другие важнейшие полупроводниковые материалы. [c.86]

Гидрированные полупроводники - это новый класс некристаллических полупроводниковых материалов, начало которым положено с середины 70-х годов работами по гидрированному аморфному кремнию. Пленки аморфных Si, Ge и ряда других известных полупроводни- [c.100]

Неметаллы и металлы рассматриваются параллельно. Основные экспериментальные методы (гл. 2), а также краткое изложение главных особенностей теплопроводности (гл. 3) относятся к обоим типам веществ. Далее рассматриваются фононы, являющиеся носителями тепла в неметаллах, механизмы их рассеяния и вклад в теплопроводность (гл. 4—8). Некристаллические твердые тела, например стекла, обсуждаются отдельно (гл. 9). Изучаются свойства электронов в металлах и их рассеяние, а также теплопроводность металлов и сплавов, обусловленная электронами и фононами (гл. 10—12). Так как теория электронов хорошо известна в связи с электропроводностью, она обсуждается более кратко, чем для фоно-нов. О теплопроводности сверхпроводников только упоминается. Наконец, рассматриваются полупроводники, в которых важны как решеточная, так и электронная теплопроводности (гл, 13). [c.12]

Жидкие и аморфные полупроводники можно считать различными гранями более широкой области исследований, а именно неупорядоченных систем с электронной проводимостью. Такие неупорядоченные системы стали областью очень активных исследований, и в последнее время скорость прогресса в этой области возросла. Основная доля новой активности лриходится на твердое состояние, но теоретические достижения имеют широкое применение, и существуют другие перекрывающиеся области. Читателю можно посоветовать обратиться к последним монографиям, посвященным более широкой области неупорядоченных систем. Это книга Мотта и Дэвиса Электронные процессы в некристаллических веществах [ 188], сборник Аморфные и жидкие полупроводники [233], и более ранняя монография Губанова Квантово-электронная теория аморфных полупроводников [114], внесшая определенный вклад в изучение [c.10]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...