ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Точечные дефекты в элементарных полупроводниках. Равно, весие точечных дефектов из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" Все перечисленные виды дефектов могут быть ионизированы однократно или многократно. [c.174] По мере выращивания кристалл охлаждается. Каждой температуре соответствует свое состояние внутреннего равновесия, дл установления которого может оказаться необходимой миграции (смещение) тех или иных дефектов на большие или меньшие расстояния. При относительно большой скорости охлаждения миграционные процессы, например сток избыточных вакансий к внешним или внутренним поверхностям, не успевают осуществиться, кристалл не находится в состоянии равновесия при данной температуре. [c.175] Следовательно, имея дело с кристаллами, лишь в очень редких случаях можно говорить об изучении истинного состояния внутреннего равновесия монокристалла при температуре измерений. Однако при комнатных температурах скорости миграции атомных или точечных дефектов столь малы, что изменения во времени замороженного, не равновесного состояния кристалла практически исключены. Поэтому при соблюдении правильных термических режимов охлаждения можно исследовать воспроизводимый материал с определенными свойствами. Выбор и соблюдение соответствующих режимов термообработок особенно важны в тех случаях, когда кристалл содержит несколько легирующих донорных и акцепторных примесей. Значительно более сложная ситуация возникает, если кристалл содержит летучие компоненты, для которых необходимо учитывать равновесие с внешней средой. Этот вопрос будет рассмотрен при изучении равновесий з соединениях. [c.175] Под чистым кристаллом подразумевается такой кристалл, в котором не удается обнаружить влияние остаточных примесей на величину исследуемого свойства. Поэтому можно принять его за кристалл без химических примесей. В кристалле состава М при любой конечной температуре могут образовываться вакансии и (или) межузельные атомы, часть которых может ионизироваться. [c.175] Следовательно, концентрации нейтральных дефектов У и М постоянны при данных внешних условиях. [c.177] Принимаем также, что и Н (или Е) не изменяется при изменении температуры. [c.177] Следовательно, в то время как концентрация нейтральных точечных дефектов М ы при данной температуре имеет постоянное значение, не зависяш,ее от присутствия иных дефектов, концентрации заряженных дефектов взаимосвязаны, т. е. если изменить концентрацию одного из них, изменится и концентрация другого. [c.178] Таким образом, зависимость логарифма концентраций дефектов от обратной температуры должна быть линейной во всем интервале температур, где данное приближенное уравнение электронейтральности действительно. [c.179] Поскольку наклон прямых, выражающих логарифмы концентраций различных ионизированных дефектов, определяется комбинацией энергий активации дефектов, то можно ожидать, что эти прямые пересекутся. В рассматриваемом примере пересечение прямых соответствовало бы переходу от собственной проводимости (п = р) к проводимости, контролируемой ионизированными вакансиями [Удц] = р. В германии и кремнии во всем температурном интервале, вплоть до температуры плавления, преобладают электронные дефекты. Таким образом, единственным условием злектронейтральности является п = р, так как пересечение прямой 1п п с прямой 1п У ] происходит при температуре, превышающей температуру плавления германия. [c.181] ГИЯ образования дефекта данного типа должна зависеть от природы и числа дефектов, окружающих точку его местоположения. [c.182] Поскольку все процессы ионизации дефектов и примесей взаимосвязаны уравнением электронейтральности кристалла, можно утверждать, что указанные взаимные влияния будут иметь место. Кроме того, уже отмечалось, что для полупроводников с малой шириной запрещенной зоны, когда 1 — Еа) Ну электронейтральность достаточно точно характеризуется уравнением пр= К , а для полупроводников с большей шириной запрещенной зоны, где (Ei —Еа) Ну — равенством [К ]=уО. [c.184] Все особенности введения легирующих примесей в этих двух случаях должны быть различны, причем должно проявиться различие также между донорными и акцепторными примесями. [c.184] Проанализируем процесс введения донорной примеси в кристалл, для которого в некотором температурном интервале То — Тх условие электронейтральности определяется условием п = р, а в температурном интервале Т1 — Гг —условием 1Уд,]=р. [c.184] Общее условие электронейтральности + [1 м] =[Ом]. [c.184] Схема энергетических уровней представлена на рис. 4.4. [c.185] Эти уравнения описывают внутреннее равновесие в кристалле до тех пор, пока концентрация [Дд,] не станет равной концентрации электронов. Равенство D = n достигается тогда, когда / d d =/Сг/А о, и ограничивает область концентраций D fj , где свойства материала определяются собственными носителями (рис. 4.5, а). [c.185] Таким образом, концентрации п, [Уд,], ] растут пропорционально Яд, а концентрация дырок уменьшается пропорционально Р . [c.186] Если вводить в кристалл не донорную, а акцепторную примесь, то в области низких концентраций свойства кристаллов будут такие же, как и в случае донорной примеси. Но когда концентрация акцепторов станет достаточно большой, то при любой температуре условие электронейтральности примет вид Ад ] = / концентрации ионизированных акцепторов и дырок будут расти пропорционально Р а концентрации электронов и ионизированных вакансий будут убывать пропорционально Р (рис. 4.5, виг). Полученный результат соответствует общему правилу взаимного влияния ионизированных дефектов или примесей растворимость (концентрация) ионизированной примеси или дефекта возрастает, когда в кристалле присутствуют ионизированные дефекты противоположного знака и, в свою очередь, повышает концентрацию (растворимость) этого дефекта если же они несут заряды одного знака, то их концентрации (растворимости) взаимно снижаются. [c.187] Появление в решетке данной концентрации положительно заряженных донорных ионов сопровождается повышением концентрации противоположно заряженного дефекта электронов, когда условием электронейтральности является п = р, или ионизированных вакансий, когда условие электронейтральности записывается [Уд, ] = р. В последнем случае введение в кристалл одного донор-ного атома вызывает нарушение двух нормальных узлов решетки на одном появляется донорный атом, а на другом — вакансия. [c.187] Для уточнения сказанного проведем сравнение между концентрациями вакансий в чистом кристалле и в кристалле, легированном примесью. [c.187] Вернуться к основной статье