Примеси в элементарных полупроводниках

April 25, 2013 by admin Комментировать »

Поведение примесей в элементарных полупроводниках рассмотрим на примере их поведения в германии и кремнии. Напомним, что главным образом это поведение определяется положением примесей в периодиче

Рис. 3.18. Температурные зависимости концентрации электронов n в исходном германии и дырок p в Ge(Zn); Ei  — энергия ионизации остаточных доноров; E1 и E2 — энергии ионизации первого и второго акцепторных уровней цинка, соответственно. На вставке — энергетические диаграммы Ge(Zn) с рабочем уровнем A1  (слева) и Ge(Zn) с рабочем уровнем A2 , NZn < Nd  < 2NZn  (справа).

ственный ход температурных зависимостей концентрации электронов в исходном образце (N ∗ = Nd0 − Na0 ) и концентрации дырок в том же образце после легирования его цинком

при выполнении условия NZn         N ∗. В отличие от кривой n(T ) (кривая 1 на рис. 3.18),

содержащей лишь одно широкое плато в области полной ионизации мелких примесных

центров и область их неполной ионизации с Ei ∼= 0.01 эВ, где Ei — энергия активации

примеси, кривая p(T ) (кривая 2 на рис. 3.18) в легированном образце содержит два плато

и область неполной ионизации примесных центров с энергией активации E1  = 0.03 эВ.

Соотношение p2 /p1 ∼= 2 позволяет считать, что, во-первых, оба плато обусловлены одной

примесью, а, во-вторых, оба уровня — акцепторные. В самом деле, поскольку NZn       N ∗ ,

то уровень A1 скомпенсирован очень слабо, а уровень A2  — совсем не скомпенсирован. В таких состояниях только акцепторные уровни могут дать указанное выше соотношение

p2/p1 , причем ясно, что p1 ∼= NZn, а p2 ∼= 2NZn .

Если легирование производится с целью выделения в качестве «рабочего уровня» A1 , то Zn и заданная компенсирующая донорная примесь (например, сурьма) вводится в соотношении N ∗ < Nd  < NZn . Практически обе эти примеси вводятся в расплав одновременно

с учетом их коэффициентов разделения. Из p(T ) (кривая 2 на рис. 3.18) определяются концентрации основной и компенсирующей примесей, а также степень компенсации рабочего уровня:

p1 = NZn − Nd ;  p2 = 2NZn − Nd ;  NZn ∼= p2 − p1;

Nd = NZn = p2 − 2p1;   Nd /NZn = (p2 − 2p1)/(p2 − p1).

(3.7)

Получение кристаллов германия с частично компенсированным уровнем A1 необходимо для изготовления детекторов ИК-излучения с красной границей чувствительности kν ≥

0.03 эВ (λ ≤ 30 мкм). Область рабочих температур таких приборов T ≤ 50 К.

Важной особенностью двухуровневой системы, дающей в температурной зависимости концентрации носителей два плато, является возможность определения концентраций основной и компенсирующей примеси без использования области неполной ионизации примеси. Тогда, располагая зависимостью p(1/T ) в области частичной ионизации примеси и найденной из нее энергией активации уровня A1, можно найти фактор вырождения уровня A1 . Такие измерения были проведены в p-германии, легированном ртутью, а также золотом.

Полученные значения ∼= 2 показали, что вырождение донорного и первого акцепторного

уровня ртути отражает спиновое вырождение валентной зоны.

Для определения холл-фактора rx , связывающего  постоянную  Холла RH  с концентрацией носителей соотношением n(p) = rx /eRH , необходимо измерение  зависимости  постоянной Холла от магнитного поля. Известно, что в «слабом» магнитном поле B, когда выполняется условие µ2 B2          1, холл-фактор определяется типом рассеяния носителей заряда в решетке [6]. В области сильных полей, удовлетворяющих условию µ2B2       1, холл-фактор rx = 1. Таким образом, измерения RH (B) в указанной области магнитных полей дают возможность  и  измерения  rx (B),  и  использования  правильных  значений  rx  при  измерениях в заданном магнитном поле. Измерения  RH (B) необходимы и  в случаях прецизионных определений  примесных  параметров,  и  в  тех  случаях,  когда  речь  идет  об  исследованиях неоднородных кристаллов — в последнем случае холл-факторы могут быть искажены неоднородностью.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты