 |
|
Примесные полупроводники
Большинство важнейших полупроводников (Si, Ge, GaAs) имеют ширины запрещенных зон близкую к 1 эВ.
Eg(Si) = 1,1 эВ, Eg(Ge) = 0,75 эВ, Eg(GaAs) = 1,42 эВ.
При комнатной температуре такие материалы являются очень неплохими диэлектриками. Проводимость в этих материалах достигается за счет введения в кристаллическую решетку атомов (называемых примесными атомами или примесью), у которых энергетические уровни внешних оболочек попадают в запрещенную зону основного материала. Электроны, находящиеся на внешней оболочке атомов примеси не участвуют в основной проводимости кристалла. Однако если энергетический зазор между дном свободной зоны (называемой обычно зоной проводимости) основного материала мал по сравнению с кТ, то возможно возбуждение электрона с оболочки атома примеси в зону проводимости кристалла, а ион примеси заряжен приобретает положительный заряд. Такие примесные атомы называются донорами.
Если энергетический уровень примесного атома расположен вблизи вершины заполненной зоны (называемой также валентной зоной), то возможен захват электрона из заполненной зоны на внешнюю энергетическую оболочку атома примеси. В этом случае в валентной зоне появляется положительный заряд (дырка), а ион примеси заряжается отрицательно. Такие примесные атомы называются акцепторами.
Таким образом, большинство важнейших полупроводниковых материалов являются примесными полупроводниками.
| Полупроводник | Доноры | Акцепторы |
| GaAs | Te (Eион = 0,03 В) Si(Eион = 0,005 В) Sn(Eион = 0,006 В) | Zn(Eион = 0,031 В) Cd(Eион = 0,035 В) Be (Eион = 0,028 В) C(Eион = 0,026 В) |
| Si | Sb(Eион = 0,039 В) P(Eион = 0,045 В) As(Eион = 0,055 В) | B(Eион = 0,045 В) Al (Eион = 0,067 В) Ga(Eион = 0,072 В) |
1.3 Кристаллическая структура полупроводников А3В5
Большинство важнейших полупроводников имеет кристаллическую структуру типа алмаза или цинковой обманки, которые относятся к тетраэдрическим фазам, где каждый атом окружен четырьмя эквидистантными соседями, расположенными в вершинах соответствующего тетраэдра. Связь между двумя ближайшими соседями обусловлена парой электронов с противоположными спинами. Решетки алмаза и цинковой обманки можно представить как две гранецентрированные кубические решетки (см. рис.1.3а), сдвинутые относительно друг друга на четверть объемной диагонали элементарной ячейки. Соединения А3В5 кристаллизуются в решетках типа цинковой обманки (см.рис.1.3В). В этом случае подрешетки состоят из разных атомов (н-р, в GaAs одна подрешетка состоит из атомов Ga, а другая из атомов As). В алмазоподобных полупроводниках (Si) в узлах той и другой подрешетки находятся одни и те же атомы (см.рис.1.3с).
| 
| 
|
| а | б | с |
Рис.1.3 Типы кристаллических решеток
а) гранецентрированный куб, в) решетка цинковой обманки,
с) алмазоподобная решетка
Постоянная кристаллической решетки а определяется размером ребра куба. Значения постоянных кристаллических решеток некоторых соединений А3В5 приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1
Постоянные кристаллических решеток соединений А3В5
| AlP | AlAs | AlSb | GaP | GaAs | GaSb | InP | InAs | InSb | |
| а, Å | 5.451 | 5.6611 | 6.1355 | 5.4512 | 5.6533 | 6.0959 | 5.8688 | 6.0584 | 6.4794 |
Обычно положение атомных плоскостей в кристаллической решетке определяют индексами Миллера. Для этого нужно сначала найти точки, в которых рассматриваемая плоскость пересекает координатные оси, и записать их в единицах постоянной решетки, а затем взять обратные значения полученных целых чисел и привести их к наименьшему целому, кратному каждому из этих значений. Полученный результат заключают в круглые скобки (hkl). Это и есть индексы Миллера отдельной плоскости и параллельных плоскостей. Кристаллографическое направление, перпендикулярное этой плоскости обозначают прямыми скобками [hkl].
| 
| 
|
Рис.1.4 Индексы Миллера основных плоскостей кубического кристалла