Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Если же атомы примеси являются акцепторами



 

(5.14)

 

(5.15)

 

где А – акцепторная примесь.

Как видим, среди продуктов реакций (5.13) и (5.15) есть электроны и дырки, которые также возникают при тепловом беспорядке. Это обстоятельство не может не сказаться на общем равновесии дефектов, устанавливающемся в кристалле, обогащенном посторонней примесью.

Если в кристалле присутствует беспорядок по Шоттки, и он находится в равновесии с фазой, содержащей компонент D, то условие электронейтральности запишется в виде

 

 

Если при низких температурах происходят процессы (4.16), то доминирующими дефектами являются электроны и дырки. Если при высоких температурах доминируют процессы (5.7), (5.8), то в кристалле преобладают отрицательно заряженные вакансии и дырки. Тогда для кристалла, свободного от посторонних примесей, условие электронейтральности в первом случае запишется в виде: n = p, а во втором: Зафиксируем температуру и посмотрим, как будет формироваться равновесие дефектов в первом случае, когда кристалл начнет обогащаться посторонней примесью D. При низких давлениях PD влияние процессов (5.12) и (5.13) на общий уровень разупорядочения кристалла незначительно, этот уровень будет определяться процессом (4.16), при котором доминирующими дефектами являются электроны и дырки. Так как температура является постоянной, то n = p = const, XVm = const. По мере повышения давления роль процессов (5.12) и (5.13) будет возрастать, и наступит момент, когда они окажутся превалирующими. Условие электронейтральности приобретет вид: , и в соответствии с (5.13) получим

 

(5.16)

 

то есть концентрация электронов возрастает пропорционально корню квадратному из давления. А поскольку, согласно (4.16), p = Ki /n, концентрация дырок начнет убывать по этому же закону. Так как процессы дефектообразования в кристалле взаимосвязаны, то убыль концентрации дырок, обусловленная возрастанием концентрации электронов, сдвигает равновесие реакции (5.8) вправо и тем самым вызывает возрастание концентрации отрицательно заряженных вакансий. На рис. 5.1 показана зависимость равновесной концентрации дефектов в однокомпонентном кристалле М, обогащенном донорной примесью D, от давления ее пара, когда преобладающими собственными дефектами являются электроны и дырки.

 
 

Рис. 5.1

 

В области 1 свойства кристалла определяются разупорядоченностью 0 « e + h , а в области 2 – концентрацией посторонней примеси D в кристалле.

Повысим температуру так, чтобы в кристалле, свободном от посторонних примесей, превалирующими собственными дефектами оказались вакансии и дырки, а условие электронейтральности определялось соотношением . Посмотрим, как изменятся равновесные концентрации дефектов в кристалле при введении в него донорной примеси, когда давление PD изменяется при постоянной температуре.

В области 1, где влиянием посторонней примеси D можно пренебречь, кристалл будет проявлять собственную дырочную проводимость из-за более высокой подвижности дырок по сравнению с вакансиями. При переходе в область 2 решающим в формировании свойств кристалла окажется процесс растворения посторонней примеси , вследствие которого равновесная концентрация электронов в кристалле, как и в предыдущем случае, станет возрастать в соответствии с (5.16), а концентрация дырок уменьшится. Это приведет к тому, что вместо собственной дырочной проводимости кристалл приобретет примесную электронную проводимость. На рис. 5.2 приведена зависимость равновесной концентрации дефектов в однокомпонентном кристалле М, обогащенном примесью D, от давления пара примеси при условии, что преобладающими собственными тепловыми дефек

 
 

тами являются вакансии и дырки.

 

Рис. 5.2

 

Заменим донорную примесь на акцепторную. При малых концентрациях такой примеси, когда общее равновесие дефектов будет определяться соотношениями (4.16), (5.7), (5.8), сколько-нибудь существенных изменений в свойствах кристалла не обнаружится. Они появятся, когда преобладающими окажутся дефекты, стимулированные процессами (5.14), (5.15). Уравнение электронейтральности для этого случая имеет вид , а зависимость концентраций от давления такова:

 

.

 

На рис. 5.3 приведено равновесие дефектов в однокомпонентном кристалле М, обогащенном акцепторной примесью А, в зависимости от давления пара этой примеси, когда доминирующими дефектами являются: а) электроны и дырки, б) вакансии и дырки.

Рассмотренные закономерности позволяют сделать следующие выводы:

– если в элементарном кристалле уровень собственного беспорядка высок, а концентрация дефектов, обусловленных посторонней примесью, по сравнению с ним, мала, то свойства такого кристалла определяются тепловыми дефектами. Эти свойства зависят от температуры и при постоянной температуре не изменяются. Область 1 – это та область, где никакая посторонняя примесь существенного влияния на равновесие дефектов в элементарном кристалле не оказывает;

– в области 2 при введении примеси только концентрация нейтральных дефектов остается неизменной. Равновесие же ионизованных дефектов всегда существенно меняется. Введение донорной примеси всегда приводит к повышению концентрации отрицательно заряженных вакансий и электронов и понижению концентрации дырок, тогда как акцепторная примесь всегда стимулирует уменьшение концентрации отрицательно заряженных вакансий и электронов и увеличение концентрации дырок.

Посмотрим, как отразится введение посторонних примесей на междоузельных атомах. Поскольку в кристаллах, свободных от посторонних примесей, они являются в основном

 
 

Рис. 5.3

 

нейтральными, это значит, что равновесие реакции

 

(5.17)

 

сильно сдвинуто влево. Введение акцепторной примеси должно сдвигать это равновесие вправо, так как развитие процесса

 

(5.18)

создает обстановку для аннигиляции электронов e + h « 0. Введение донорной примеси сдвигает равновесие реакции (5.17) влево, так как приводит к дополнительному появлению электронов

. (5.19)

 

Акцепторные свойства междоузельных атомов можно выразить реакцией

 

. (5.20)

 

Таким образом, амфотерность междоузельных атомов в элементарных полупроводниках проявляется в том, что в кристаллах, обогащенных акцепторной примесью, они имеют донорные свойства, в кристаллах, обогащенных донорной примесью, – акцепторные, а в кристаллах, свободных от посторонних примесей, междоузельные атомы являются нейтральными.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.