Билет №8.

1. Примеси и дефекты в реальных полупроводниках.

Дефекты бывают : 1) точечные; 2) линейные; 3) плоские; 4) объёмные (дислакации) и некоторые другие. Наиболее важным дефектом с практической точки зрения – примесьные атомы. Примесьные атомы в этой идеальной матрице кристалла могут создавать либо твёрдые растворы замещения, либо твёрдые растворы внедрения. «Замещение» или «внедрение» зависят от размеров примесьных атомов по сравнению с размерами основных атомов и от электрохимии. В частности для внедрения нужно, чтобы размер внедряемого атом должен быть в 2 раза меньше основного атома. Для замещения нужно, чтобы размер отличался не более, чем на 15%. Раствор получается, если электроотрицательность оказывается близкой.

Дефектами кристалла называют всякое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. Различают несколько разновидностей дефектов по размерности. А именно, бывают нульмерные (точечные), одномерные (линейные), двумерные (плоские) и трёхмерные (объемные) дефекты.

Нульмерные дефекты

К нульмерным (или точечным) дефектам кристалла относят все дефекты, которые связаны со смещением или заменой небольшой группы атомов (собственные точечные дефекты), а также с примесями. Они возникают при нагреве, легировании, в процессе роста кристалла и в результате радиационного облучения. Могут вноситься также в результате имплантации. Свойства таких дефектов и механизмы их образования наиболее изучены, включая движение, взаимодействие, аннигиляцию, испарение.

• вакансия — свободный, незанятый атомом, узел кристаллической решетки.

• Собственный межузельный атом — атом основного элемента, находящийся в междоузельном положении элементарной ячейки.

• Примесный атом замещения — замена атома одного типа, атомом другого типа в узле кристаллической решетки. В позициях замещения могут находиться атомы, которые по своим размерам и электронным свойствам относительно слабо отличаются от атомов основы.

• Примесный атом внедрения — атом примеси располагается в междоузлии кристаллической решетки. В металлах примесями внедрения обычно являются водород, углерод, азот и кислород. В полупроводниках — это примеси, создающие глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне, например, медь и золото в кремнии.

В кристаллах часто наблюдаются также комплексы, состоящие из нескольких точечных дефектов, например: пара Френкеля (вакансия + собственный междоузельный атом), дивакансия (вакансия + вакансия), А-центр (вакансия + атом кислорода в кремнии и германии) и др.

2. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры.

В собственном полупроводнике свободные носители возникают только за счет разрыва валентных связей, поэтому число дырок равно числу свободных электронов, т.е. n=p=n_i ,где n_i – собственная концентрация, и электропроводность при данной температуре равна: где М_n и M_p – подвижности электронов и дырок, е – заряд электрона. В донорном полупроводнике электропроводность определяется

В случае преобладания акцепторных примесей. Температурная зависимость электропроводности определяется зависимостью концентрации n от подвижности носителей заряда М от температуры.