к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Сильнолегированный полупроводник

Сильнолегированный полупроводник - кристаллич. полупроводник, в к-ром примесные атомы (ионы) хаотически распределены в решётке, а их концентрация N превышает нек-рую критич. концентрацию Nкр. С. п. представляет собой неупорядоченную систему примесей внутри упорядоченной монокристаллич. полупроводниковой матрицы.

При слабом легировании (см. Легирование полупроводников)примесные атомы можно считать изолированными друг от друга. Волновые функции электронов и силовые поля U соседних примесных атомов (кулоновские для заряж. примесей - ионов, упругие - для нейтральных атомов) не перекрываются (рис. 1, а).
8033-2.jpg

Рис. 1. Зависимость плотности примесных состояний8033-3.jpg от их энергии8033-4.jpg для слаболегированного полупроводника (а); при среднем уровне легирования (б); при сильном легировании (в).

Количественно условие слабого легирования выполняется при соблюдении неравенств:
8033-5.jpg

Здесь8033-6.jpg - ср. расстояние между соседними примесными атомами, аБ - боровский радиус примесного атома в кристалле, r0 - радиус экранирования кулоновского потенциала примесного иона электрич. полем противоположно заряженных свободных носителей заряда. Неравенство (1) определяет отсутствие перекрытия волновых функций электронов, неравенство (2) - силовых полей соседних атомов примеси:
8033-7.jpg

Здесь8033-8.jpg- диялектрич. проницаемость кристалла. Величина r0 зависит от концентрации свободных носителей заряда п0, т. е. от концентрации примесей TV. Для случаев невырожденного и полностью вырожденного газа носителей заряда соответственно
8033-9.jpg

где m* - эфф. масса носителей заряда.

С увеличением концентрации примесей N условия (1) и (2) нарушаются. Сначала перестаёт выполняться неравенство (2), т. к. по мере увеличения N примесные атомы сближаются и электрон, локализованный в потенциальной яме U у одного из них, начинает испытывать воздействие со стороны соседних атомов. При этом энергетич. уровень примесного электрона несколько смещается, но примесные уровни остаются дискретными. Смешение уровней зависит от взаимного расположения примесных атомов. Хаотичность последнего приводит к разбросу примесных уровней относительно дна зоны проводимости8033-10.jpg и потолка валентной8033-11.jpg в разных частях кристалла. Это проявляется в уширении примесного уровня, наз. классическим (рис. 1,б).

При дальнейшем увеличении N нарушается неравенство (1). Из-за перекрытия волновых функций электронов соседних атомов дискретные уровни уширяются настолько, что преобразуются в примесную зону. Пока в полупроводнике сохраняются уширенные примесные уровни либо обособленная от8033-12.jpgи8033-13.jpg примесная зона, уровень легирования относят к среднему (или промежуточному). При достаточно большой концентрации примесей полностью нарушаются оба неравенства. Примесная зона продолжает расширяться, и при нек-рой критич. концентрации Nкp она сливается как с зоной проводимости, так и с валентной зоной (рис. 1,в). Плотность состояний оказывается отличной от 0 практически во всей запрещённой зоне полупроводника («хвосты» плотности состояний). При этом газ носителей заряда уже не подчиняется статистике Больцмана; он становится вырожденным и подчиняется статистике Ферми.

При сильном легировании электрон взаимодействует одновременно с неск. примесными атомами, кол-во и координаты к-рых из-за хаотич. распределения различны в разных частях кристалла. В результате потенц. энергия U примесных электронов приобретает случайный характер, приводящий к гофрировке зон (рис. 2).

«Хвосты» плотности состояний и их флуктуац. характер проявляются в электропроводности (см. Прыжковая проводимость, Протекания теория), в фотопроводимости (гигантское увеличение времени жизни носителей заряда), в электролюминесценции р - п-переходов и гетеропереходов и др.
8033-14.jpg

Рис. 2. Энергия носителей заряда в поле примесей при сильном легировании полупроводника.

8033-16.jpg

Рис. 3. Зависимость концентрации носителей п0 от концентрации примесей N в случае образования нейтральных (1) и заряженных (2) примесно-дефектиых комплексов.

При N>Nкp нарушается ионизационно-примесное равновесие, т. е. возникает отклонение от равенства n0 = N. Это обусловлено образованием примесных кла=стеров (комплексов). Комплексообразование может приводить к изменению концентрации носителей и положения примесных уровней примеси в запрещённой зоне. Зависимость n0(N)(рис. 3) при этом имеет вид:
8033-15.jpg

где К(Т) - константа взаимодействия примесных атомов, m - число легирующих примесных атомов в кластере, q - электрич. заряд кластера. При малых N зависимость (6) переходит в n0 = N; при больших N и нейтральных кластерах
8033-17.jpg

Для отрицат. кластера с m = 1 (взаимодействие атома примеси с к--л. иным точечным дефектом) кривая (6) в области сильного легирования выходит на плато:
8033-18.jpg

переходящее при q = -1 в соотношение
8033-19.jpg

Заряд q может быть только отрицательным, ибо при q = +1 кластеры не уменьшают, а при q > +1 даже должны увеличивать n0 сверх введённой концентрации примесей N, что невозможно. Комплексообразование оказывает заметное влияние на процессы рассеяния и захвата носителей заряда, оптич., механич. и др. свойства. Основанное на комплексообразовании формирование сложных примесно-дефектных центров, обладающих отличным от атомов легирующей примеси энергетич. и рекомбинац. характеристиками, используют в практике легирования для придания материалу новых свойств.

Литература по сильнолегированным полупроводникам

  1. Фистуль В. И., Сильно легированные полупроводники, М., 1967;
  2. Фистуль В. И., Гринштейн П. М., Рытова Н. С., О политронии легирующих примесей в полупроводниках, «ФТП», 1970, т. 4, с. 84;
  3. Fair R. В., Wеber G. R., Effect of complex formation on diffusion of arsenic in silicon, «J. Appl. Phys.», 1973, v. 44, p. 273;
  4. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, М., 1977;
  5. Шкловский Б. И., Эфрос А. Л., Электронные свойства легированных полупроводников, М., 1979.

В. И. Фистуль

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution