|
3 Дефекты в InP
Несмотря на то, что современная технология достигла высоких результатов в создании полупроводниковых кристаллов: содержание остаточных примесей в них может быть понижено до 10-8 %, в них всё равно присутствуют дефекты. Любые отклонения от периодической структуры кристалла называются дефектами, которые разделяют на точечные и протяжённые. Точечные дефекты характеризуются тем, что искажения решётки кристалла сосредоточены в окрестностях одного узла, локализованы на расстояниях порядка межатомного а. Протяжённые дефекты бывают нескольких видов: линейные (дислокации), плоскостные (межфазные границы) и объемные (поры и трещины), размеры которых превышают величину а.
Дефекты сильно влияют на механические, электрические, оптические и другие свойства твёрдых тел. Чем чище и совершеннее материал, тем более ярко выражено это влияние.
При температуре Т > 0 в равновесии реальные кристаллы содержат небольшое количество дефектов, соответствующее минимуму потенциальной энергии. Дополнительные дефекты вносятся при воздействиях, таких как нагрев, деформация, облучение частицами и др. Иногда эти воздействия осуществляются специально на определённых этапах технологического цикла создания полупроводникового прибора, но могут быть и нежелательными, например при работе прибора в агрессивных средах.
Существует несколько типов точечных дефектов. Собственными точечными дефектами в одноатомном кристалле являются вакансия – отсутствие атома в узле решётки, и междоузельный атом – лишний атом, внесённый в решётку. Примеры таких дефектов изображены на рисунке 22222.
V – вакансия; I – междоузельный атом; V-I – пара Френкеля
Рисунок 22222 – Собственные дефекты в кристаллической решётке одноатомного кристалла
Указанные дефекты обозначаются буквами V и I. Вакансии может быть изолированной и называться дефектом Шоттки, или образовывать комплекс с атомом, расположенным в ближайшем междоузлии, этот комплекс называют парой Френкеля.
В бинарном соединении, таком как InP, число возможных собственных дефектов значительно больше. Это вакансии в двух подрешётках фосфора и индия VP и VIn, междоузельные атомы IP и IIn.
Так же появляется совершенно новый тип точечного дефекта, изображённый на рисунке 333 – антиструктурный, представляющий из себя атом индия в подрешётке фосфора InP или наоборот атом фосфора в подрешётке индия PIn. Именно этот вид дефектов наиболее распространён в соединении InP.
VIn, VP – вакансии в двух подрешётках; PIn, InP – антиструктурные дефекты
Рисунок 3333 – Собственные дефекты в кристаллической решётке InP
При определённых условиях собственные точечные дефекты могут образовывать комплексы типа дивакансий и мультивакансий, уже упоминавшиеся пары Френкеля, а так же комплексы с атомами примесей. В фосфиде индия встречаются образование вакансий в различных подрешётках VInVP, комбинации с антиструктурными дефектами VInPIn, InPPIn и т.д.
Проявление дефектов отражается в электронных процессах. Как известно энергетический спектр электронов в идеальном полупроводниковом кристалле представляет собой набор чередующихся зон, разделённых интервалами, в которых нет разрешённых для электронов уровней энергии то есть запрещённые зоны, наивысшая зона, уровни которой при Т=0 полностью заполнены это валентная зона, а следующая за ней пустая зона это зона проводимости. Наглядно это представлено на рисунке 44444.
а – идеальный кристалл; б – дефектный кристалл
I – валентная зона; II - зона проводимости
Рисунок 4444 – Энергетический спектр электронов
Любое отклонение от периодической структуры кристалла вызывает появление разрешённых уровней энергии в Eg, которые обозначаются E1, E2, E3 и т.д. Электронные уровни, соответствующие дефектам, находящиеся ниже уровня ферми заполнены электронами, а расположенные выше EF – пусты. В простейшем случая дефекты обладают только двумя зарядовыми состояниями. Если эти состояния определяются зарядами +е и 0, то центр называется донорным, а в случае –е и 0 – акцепторным. Важной характеристикой дефекта является положение энергетического уровня относительно края разрешённой зоны (Ec или Ev). На примере рисунка 44444 допустим, что E1 – уровень донорного, а Е3 – уровень акцепторного центров. Если для них выполняются условия, указанные в формуле 2, тогда оба уровня называются мелкими, что означает их полную ионизацию (доноры отдадут электроны в зону проводимости, а акцепторы захватят электроны в валентной зоне, оставив подвижные носители заряда – дырки). Именно введение дефектов с мелкими уровнями и осуществляют создание областей с электронной или дырочной проводимостью.
Ec - E1 ≤ k·T, E3 - Ev ≥ k·T (2)
Уровни, для которых эти условия не выполняются, называются глубокими. Такие дефекты являются эффективными центрами безызлучательной рекомбинацией носителей заряда.
Процесс выращивания совершенных полупроводниковых кристаллов весьма сложен и требует применения высококачественного оборудования, обслуживаемого опытным персоналом, и любые отклонения от заданного режима могут привести к появлению дефектов. Если дефекты вводятся целенаправленны, то данную операцию называют легированием. При этом преследуются две цели: управление электропроводностью кристалла или рекомбинационным процессом в нём [1-4].
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 20 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Автор книги – заслуженный тренер СССР В. В. Лобановский – делится с читателями своими многолетними раздумьями об игре и наблюдениями за футбольной жизнью как у нас в стране, так и за рубежом. 17 страница | | | Рыхлые конгломераты с песчаным красноцветным цементом; плохая сортировка и слабая окатанность обломочного материала |