Здавалка
Главная | Обратная связь

Теоретическое введение



ЭФФЕКТ ХОЛЛА

 

1. Кристаллы с дефектами.

Кристаллы в виде идеальных периодических структур встречаются достаточно редко, реальные же кристаллы могут иметь различные нарушения своей решётке.

Дефектом будем называть область кристалла, где нарушена его идеальная геометрическая структура.

Из всех видов дефектов остановимся лишь на точечных дефектах, ибо именно они решающим образом определяют электропроводящие свойства кристаллов. Точечные дефекты – это единственные дефекты, которые можно привести в состояние термодинамического равновесия с решёткой. Выделяют следующие виды точечных дефектов:

1. Дефект по Френкелю – это ион (или атом) в междоузлии;

2. Дефект по Шоттки – это пустой узел, то есть это отсутствие иона (атома) в узле;

3. Чужеродные атомы или атомы внедрения. В кристалл можно внедрить диффузией или ионной бомбардировкой чужеродные ионы, которые, попадая в кристалл нарушают его структуру.

Полупроводники с дефектами данного типа принято называть примесными полупроводниками. Примесные дефекты отличаются от дефектов по Френкелю и Шоттки тем, что они легко подвергаются внешним контролю и воздействию и, следовательно, их можно использовать для создания полупроводников с заданными свойствами, поэтому в дальнейшем ограничимся именно этим типом дефектов.

Дефект нарушает распределение зарядов в кристалле, поэтому в области около него может возникнуть либо положительный,

либо отрицательный заряд, соответственно и дефекты делятся на

электроположительные и электроотрицательные дефекты.

1. Электроположительные дефекты возникают, например, при замене иона ионом большей валентности или при отсутствии отрицательного иона в узле. Независимо от механизма своего образования всякий дефект нарушает локально периодическую структуру кристалла. Но так как запрещённые дефекты будут нарушать и схему запрещённых зон, причём из-за локальности дефектов и добавочные энергетические уровни в запрещённых зонах будут локальными уровнями, то есть их пространственная протяжённость будет равна размерам дефекта ( см). Электроположительные дефекты создают локальные уровни вблизи дна зоны проводимости (рис.1а), причём если эти уровни заняты электронами при Т=0, то такие дефекты называются донорными, а полупроводники донорными полупроводниками.

2. Электроотрицательные дефекты возникают, например, при замене иона ионом меньшей валентности или при отсутствии положительного иона в узле. Электроотрицательные дефекты (рис.1в), создают локальные энергетические уровни в запрещённой зоне у верха валентной зоны. Электроотрицательные дефекты, незанятые электронами при Т=0, будем называть акцепторными, а соответствующие полупроводники акцепторными полупроводниками.

Отметим ещё одно важное обстоятельство. Локальные энергетические уровни образованы каждый своим дефектом, то есть они пространственно ограничены и являются различными квантовыми системами, следовательно, несмотря на одинаковую энергию, принцип Паули на них не распространяется. При размере дефекта 10 см его объём будет 10 см, то есть в кристалле объёмом 1 см теоретически возможно 10 дефектов (на самом деле меньше, чтобы сохранить в основном структуру кристалла). То есть на локальных уровнях при одной и той же энергии может находиться (10 --10 ) электронов/см , что, в свою очередь, может существенно изменить электропроводящие свойства кристалла.

 


 

Рис. 1. Зонные схемы: а) – донорный полупроводник;







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.