Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Некоторые экспериментальные данные по неупорядоченным системам





Неупорядоченный полупроводник.

Зонная структура идеального полупроводника содержит заполненную валентную зону и зону проводимости, разделенные запрещенной зоной (рис.1.4). К полупроводникам относят вещества, проводимость которых в сильной степени зависит от состава, структуры кристалла и внешних условий. Проводимость полупроводников, как правило, возрастает при сообщении им энергии путем нагрева, освещения, облучения ядерными частицами, она зависит от давления, внешних электрических и магнитных полей.

В полупроводниках существует два механизма проводимости: носителями заряда являются свободные электроны и свободные дырки. В чистом полупроводнике число дырок равно числу электронов, такой полупроводник называется собственным.

Примесь, поставляющая свободные электроны, называется донорной; примесь, поставляющая свободные дырки, называется акцепторной. Носители заряда, имеющиеся в большем количестве, называются основными; носители заряда, имеющиеся в меньшем количестве, называются неосновными.

Полупроводниковое вещество, в котором концентрации акцепторной и донорной примеси равны, называется скомпенсированным полупроводником.

Рис.1.4. а - схематическое изображение зонной структуры полупроводника. Показаны прямые и непрямые переходы между зонами при поглощении фотонов; б - плотность числа состояний; в - зависимость коэффициента поглощения от частоты для идеального и неидеального полупроводника.

 

Здесь можно отметить четыре результата:

1. Спектр поглощения электромагнитного излучения.

Дляполупроводника он зависит частоты w. Если , то вещество прозрачно, если , то происходит поглощение, с забросом электрона в зону проводимости и образованием дырки в валентной зоне (рис. 4). В случае идеальной структуры спектр поглощения имеет вид резкой пороговой зависимости. В неупорядоченном полупроводнике эта зависимость размывается.

2. Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект). Это испускание электронов твёрдыми телами или жидкостями под действием электромагнитного излучения в вакуум или другую среду.

Напомним основные закономерности этого явления для идеального полупроводника (законы фотоэффекта):

- Количество эмитируемых электронов (величина фототока) пропорционально интенсивности падающего излучения.

- Для каждого вещества при определённом состоянии его поверхности, обусловливающем его работу выхода, существует длинноволновая граница фотоэффекта – l0, за которой (при l > l0) фотоэффект не наблюдается. Длинноволновой границе l0 соответствует пороговая энергия фотонов hn0 (n0 = с/l0).

- Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой n падающего излучения и не зависит от его интенсивности:

.

Эти законы строго выполняются лишь при температуре Т = 0 К. При T > 0 К наблюдается фотоэффект и при l < l0, но при этом квантовый выход мал.

В полупроводниках порог фотоэффекта определяется выражением:

, (1.3)

где - ширина запрещенной зоны, - электронное сродство, равное высоте потенциального барьера на границе образца для электронов проводимости. Величина иногда называется для полупроводников фотоэлектрической работой выхода.

Для большинства чистых полупроводников > 3, 5 эВ, и фотоэффект наблюдается только в УФ-области спектра.

В неупорядоченном полупроводнике можно наблюдать фотоэффект, связанный с возбуждением электронов с уровней примесей, дефектов и поверхностных состояний, расположенных в запрещённой зоне, при < с небольшим квантовым выходом.

Рис.1.5. Квантовый выход в запрещенной области фотоэффекта. 1- чистый полупроводник, 2 - полупроводник с примесями.

3. Статическая проводимость полупроводников.

Для температурной зависимости проводимости неидеальных полупроводников можно выделить четыре области. Во всех случаях она имеет термоактивируемый характер, но с разными энергиями активации.

3.1 Если рассмотреть чистый полупроводник, с запрещенной зоной , то следует отметить следующее. При высоких температурах основным процессом является заброс носителей через запрещенную зону. В этом температурном интервале проводимость имеет температурную зависимость:

, (1.4)

определяемую, в основном, температурной зависимостью концентрацией носителей.

3.2. При комнатной температуре и более низкой температурах (T < < ) на первое место выходит наличие примесей, которые создают локальные уровни в запрещенной зоне. Если концентрация примесей мала , то примесное состояние сохраняет свою индивидуальность.

, эВ (сотни градусов) (1.5)

Проводимость таких слаболегированных систем осуществляется за счет заброса электрона с примесных уровней в зону проводимости.

3.3. При температурах такие процессы «вымораживаются», и существенным становится вклад от прыжков электронов по примесям за счет малого, но конечного перекрытия волновых функций примесных состояний. Здесь:

, (1.6)

где сомножитель очень сильно зависит от концентрации примесей .

3.4. Об электронных состояниях в аморфных полупроводниках, по которым происходят прыжки, известно значительно меньше, чем об электронных состояниях в кристаллических полупроводниках. Эти состояния связаны не с примесями, а с флуктуациями структуры и стехиометрического состава. Как для аморфных, так и для кристаллических полупроводников, при температурах T < 1K обнаруживается зависимость вида

(1.7)

Можно показать, что области 3.3 и 3.4 описываются теорией перколяции.

4. Рентгеновская дифракция.

Из данных рентгеновского спектра может быть получена так называемая радиальная функция распределения (рис.1.6):

Рис.1.6. Качественные изменения радиальной функции распределения при введении беспорядка (сплошная линия)

Радиальная функция распределения содержит интегральную информацию о потенциале взаимодействия атомов. Так, например, атомы не заполняют интервал расстояний меньших R 1, характерного расстояния для первой координационной сферы. Для неидеального твердого тела информация о второй и т. д. координационных сферах частично потеряна, т.к. максимумы F(R) размазаны.

Общие особенности неупорядоченных систем.

Все перечисленные неупорядоченные системы обладают общими свойствами силового поля, а именно:

Отсутствием пространственной периодичности потенциальной энергии носителей заряда и наличием в ней случайного слагаемого.

Для описания последнего необходимо задать вероятность реализации того или иного значения потенциальной энергии носителей заряда как функцию координаты . Функционал - новая характеристика системы в сравнении с теорией идеального кристалла.

 







Дата добавления: 2014-11-12; просмотров: 815. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!




Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...


Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...


Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Механизм действия гормонов а) Цитозольный механизм действия гормонов. По цитозольному механизму действуют гормоны 1 группы...

Алгоритм выполнения манипуляции Приемы наружного акушерского исследования. Приемы Леопольда – Левицкого. Цель...

ИГРЫ НА ТАКТИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Методические рекомендации по проведению игр на тактильное взаимодействие...

Классификация холодных блюд и закусок. Урок №2 Тема: Холодные блюда и закуски. Значение холодных блюд и закусок. Классификация холодных блюд и закусок. Кулинарная обработка продуктов...

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 1. Особенности термодинамического метода изучения биологических систем. Основные понятия термодинамики. Термодинамикой называется раздел физики...

Травматическая окклюзия и ее клинические признаки При пародонтите и парадонтозе резистентность тканей пародонта падает...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2025 год . (0.014 сек.) русская версия | украинская версия