Примесные атомы в в германии

Следует подчеркнуть, что концентрация вносимых примесей обычно весьма значительна, порядка ]0 , т. е, на миллион атомов германия приходится приблизительно один примесный атом. [c.295]

Введение в кристаллический кремний примесных атомов фосфора, имеющих по пять валентных электронов, также нарушает энергетическую однородность кристалла. В этих условиях каждый атом фосфора уже при сообщении ему энергии порядка 4,4 кДж/моль способен ионизироваться, перебрасывая один из своих электронов в зону проводимости и превращаясь в положительно заряженный ион. Аналогично ведут себя в кристаллах кремния и германия примесные атомы мышьяка, сурьмы и золота, обычно называемые донорными примесями. Для получения полупроводника с определенной концентрацией носителей (электронов или дырок) необходимо, чтобы количество собственных переносчиков тока в кристалле было примерно на два порядка ниже. [c.89]

Как показано на рис. III.7, примесные атомы алюминия и фосфора замещают атомы кремния в узлах решетки. Энергетическая однородность кристалла при этом нарушается. Атомы алюминия имеют лишь по три валентных электрона, что приводит к дефициту одного электрона в каждом занимаемом ими узле кристаллической решетки. Однако при сообщении атому алюминия небольшой энергии порядка 5,5 кДж/моль он захватывает недостающий электрон, превращаясь в отрицательно заряженный ион и образуя вблизи себя положительно заряженную дырку. Электрическая нейтральность кристалла при этом сохраняется. Аналогичное алюминию действие оказывают на свойства полупроводниковых кремний и германия примеси и других элементов, таких, как бор, галлий, индий, цинк, железо, марганец. Их называют акцепторными примесями. [c.80]

Характерной особенностью полупроводников является их способность резко изменять свойства под влиянием очень малых концентраций примесей. Так, при введении очень небольшого числа атомов мышьяка в решетку германия в ней появляется на каждый атом мышьяка один избыточный электрон атом мышьяка имеет пять валентных электронов, атом германия — четыре эти четыре электрона используются на связи с четырьмя соседними, поэтому при замещении атома германия атомом мышьяка один электрон остается слабо связанным и относительно легко может перейти в зону проводимости. Таким образом введение мышьяка увеличивает электропроводность германия — в зоне проводимости оказывается больше электронов. Наоборот, при введении в решетку германия атома, имеющего всего три валентных электрона, например индия, эти примесные атомы не могут образовать четырех связей и около атома индия возникает дырка , электронная вакансия, на которую может быть вытянут электрон из зоны проводимости. Вполне возможно также, что тот или иной донор электронов помещается не в узле решетки, а в междоузлии, отдавая в зону проводимости свой электрон. Соответствующее поведение для акцептора электронов принципиально возможно, но практически почти никогда не наблюдается вследствие того, что более объемистые отрицательные ионы трудно ввести в междоузлия. [c.283]

Наиболее простым дефектом является примесный атом пятой или третьей группы таблицы Менделеева, Рассмотрим, например, атом мышьяка в германии. Мышьяк имеет пять валентных электронов. Для реализации ковалентной связи с ближайшими соседними атомами кремния требуется четыре электрона пятый электрон связан положительным зарядом иона. В этом связанном состоянии электрон обладает более низкой энергией, чем электрон, находящийся в зоне проводимости. При высокой температуре под влиянием тепловых колебаний связанный электрон может отрываться от иона мышьяка и перемещаться как свободный электрон иными словами, электрон может перейти в зону проводимости. Такого рода примеси или дефекты кристаллической решетки называют донорами. В основном состоянии они нейтральны, а при возбуждении дают положительно заряженный ион и один свободный электрон. [c.239]

Б. Примесные атомы имеют меньшее число валентных электронов, чем замещаемые ими атомы основного соединения. По отношению к германию таким свойством обладает, например, бор, занимающий место в третьей группе Периодической системы и имеющий в валентной оболочке три электрона. Поскольку для образования насыщенной ковалентной связи в кристалле германия нужно по четыре электрона от каждого атома, примесному атому бора для этого не хватает одного электрона, и один из принадлежащих-ему разрешенных уровней энергии оказывается свободным. Этот уровень может быть заполнен, если при тепловых флуктуациях атом бора захватит недостающий электрон у одного из соседних атомов германия. В результате примесный атом бора превращается в отрицательно заряженный ион, а в валентной зоне кристалла, образуемой уровнями валентных электронов германия, возникает электронная дырка [c.35]

Еще большие требования к чистоте материала предъявляет полупроводниковая техника. Обратное напряжение полупроводникового диода зависит от удельного сопротивления материала, из которого изготовляется диод. Сопротивление в свою очередь определяется чистотой материала. Из германия с удельным сопротивлением 0,5 ом-см можно изготовить диод с обратным напряжением 10—12 в. Такой германий содержит 100 атомов примесей на 1,5 млрд. атомов германия. При увеличении чистоты на два порядка (один примесный атом на те же 1,5 млрд. атомов германия) удельное сопротивление становится около 50 ом-см. При этом резко возрастает обратное напряжение диода, которое превышает 500 в. Отсюда видно, насколько важна чистота полупроводниковых материалов. [c.54]

Когда собственный атомный дефект или примесный атом способен связывать или отдавать больше одного электрона, состояние полного равновесия можно описать, только учитывая дополнительные реакции ионизации. Мы уже встречались с дважды ионизированными вакансиями в германии в разделе Х1.2. В настоящем разделе показано, что двукратная ионизация может вызывать новый интересный эффект — изменение механизма внедрения примесных атомов при изменении их концентрации . [c.264]

Наоборот, атом бора, имеющий валентность, равную трем, сможет образовать связи лишь с тремя из своих четырех соседей. Ненасыщенная свободная связь четвертого соседа является акцептором и может вызвать дырочную проводимость. Практически каждый атом примесных элементов третьей или пятой группы в германии или кремнии отдает или принимает один электрон. [c.519]

Подобно алмазу, твердые кремний и германий высокой чистоты являются хорошими изоляторами. Однако их электропроводность при появлении некоторых примесей даже в незначительных концентрациях изменяется самым драматическим образом. Например, фосфор, при соотношении 1 к 10 сообщает кристаллам германия электропроводность, потому что атом фосфора с пятью валентными электронами должен занять в узлах решетки положение атома кремния, у которого только четыре электрона. Проводимость, обусловленная наличием примесей, отличает примесные кристаллы как от металлов, так и от ковалентных твердых веществ. Они являются полупроводниками, и их особое поведение используется при изготов- Ленин транзисторов. Прежде чем заняться дальнейшим обсуждением вопроса о полупроводниках, необходимо рассмотреть характер связи в металлах. [c.263]

Как видно из табл. 2, в которой приведены основные параметры спектров ЯГР на ядрах Ре примесных атомов железа, введенного в исследуемые соединения в процессе их синтеза в количестве порядка 1 ат.%, замена анионов в последовательности азот — фосфор — мышьяк — сурьма приводит к систематическому уменьшению величины квадрупольного расшепления в спектрах ЯГР. Влияние катионов М , 2п, Сс1, 5п, Ое на исследуемые параметры спектров (изомерный сдвиг и квадрупольное расщепление) оказывается незначительным. Замена олова и германия на кремний приводит к резкому уменьшению величины квадрупольного расщепления. [c.150]

До чего мала примесь, делающая германий либо п-, либо р-полупроводником, видно из следующего. В очень чистом германии концентрация собственных электронов (или дырок) при комнатной температуре равна 2,5-10 на 1 см при общем числе атомов 4,52-1022 g j Введя один атом мышьяка на 100 млн. атомов германия, мы внесем 4,5-10 примесных электронов на 1 см , т. е. в 18 раз больше, чем имел германий, и в нем начнет превалировать -проводимость. Во столько же раз увеличится количество дырок от добавки стомиллионной доли бора, которая делает германий р-полупроводником. Уже такие микроколичества примеси повышают удельную электропроводность германия в 5—6 раз, а кремния — в сотни раз. [c.170]

Фосфор имеет пять валентных электронов, а германий —только четыре. Атом фосфора вносит избыточный электрон, который может свободно двигаться в решетке примесная проводимость при избытке электронов). Атом алюминия с тремя валентными электронами уже с самого начала вводит положение с недостатком электронов (дырочное положение), которое могут занимать электроны, отданные соседними связями примесная проводимость при недостатке электронов). Этим объясняется большое значение, которое играют ничтожные количества примесей в полупроводниках. [c.529]

В кристалле германия высокой чистоты каждый атом ковалентно связан с четырьмя другими атомами (ромбическая структура), т. е. в чистом кристаллическом германии свободные электроны отсутствует, поскольку все четыре валентных электрона каждого атома оказываются связанными. Для того чтобы сделать кристалл пригодным для электронных целей, в него вносятся небольшие количества инородных атомов, способных заместить некоторые атомы германия в кристаллической решетке. Если в качестве материала примеси использовать пятивалентный элемент, то каждый из его атомов будет иметь по одному несвязанному электрону, кроме тех, которые участвуют в ковалентных связях. Несвязанные электроны легко покидают свои атомы за счет тепловой энергии и затем свободно блуждают по кристаллической решетке. Атомы примеси превращаются в ионы с единичным положительным зарядом. С другой стороны, если в качестве примеси выбрать трехвалентный галлий, индий или золото, то каждому примесному атому будет недоставать по одному электрону. То место, где электрона не хватает, принято называть дыркой. Некоторые из ковалентно связанных электронов, обладая достаточной тепловой энергией, могут разрывать свои связи и замещать свободные. В результате такого процесса дырки будут блуждать от одного атома к другому внутри кристаллической решетки. То есть дырки 1в германии с трехвалентной примесью ведут себя почти аналогично избыточным электронам в германии с пятивалентной примесью. Однако электроны обычно более подвижны, чем дырки. [c.294]

Для ОСНОВНЫХ элементов решетки (М, X), из которых состоят кристаллы, это приводит к появлению поверхностного и объемного заряда точно так же, как было описано выше. Однако может возникнуть такое положение, когда примесные атомы (У), присутствующие в газе, будут поглощаться поверхностью. Если при этом примесные атомы будут образовывать локальные уровни, то при наличии пустых уровней они будут захватывать электроны (примесный атом является акцептором) или дырки, если уровни заполнены (доноры). Это обусловливает появление поверхностного заряда, который в свою очередь вызывает появление противоположного по знаку заряда, распределенного на поверхности кристалла. Подтверждением является поведение элементарных кристаллов, в которых отсутствуют побочные явления, связанные с нестехиометричностью. В то же время это свидетельствует о сложности рассматриваемых явлений. Так, например, в германии чистая поверхность обладает слабыми полупроводниковыми свойствами р-типа давление кислорода порядка 10"" —10" мм рт. ст. несколько увеличивает р-проводимость, однако при более высоких давлениях Ог эта пороводимость снова уменьшается при давлении Оа, равном 10 мм рт. ст., проводимость р-типа совсем исчезает. [c.561]

Если в собственно полупроводник ввести акцепторную примесь, например в германий ввести атом галлия, у которого лищь три валентных электрона, то к нему от германия перейдет один из электронов, и в валентной зоне появится дырка. Условием такого перехода является близость энергетического уровня примеси, располагающегося в запрещенной для германия зоне, к верхнему уровню валентной зоны германия. Концентрация дырок в этом случае становится преобладающей, и собственно полупроводник превращается в примесный полупроводиик р-тла, или в р-полупроводник. Для полупроводников с примесной проводимостью пфрфп[ и вместо (5.46) следует писать [c.139]

Условия для существования примесных центров могут быть созданы различными способами, (а) Замещение атома основной решетки на элемент с нормально большей валентностью вызывает появление избыточного положительного заряда и связанного с ним электрона. Наиболее ярким примером примесей этого типа являются примеси в германии и кремнии. В ряду углерод, кремний и германий образуются ковалентные структуры с алмазной решеткой. Тепловое воздействие посредством фононного механизма может вызывать появление собственной проводимости в этих веществах. Однако если элемент с валентностью, которая нормально больше четырех, замещает атом в такой решетке, то плотность его электронного облака будет стремиться принять тетрагональное распределение, характерное для алмазной решетки. Чтобы была достигнута такая форма распределения электронного облака, элемент образует частично ионные связи, причем получается однократно заряженный ион совместно с квазисвободным электроном, расположенным около атома примеси. Энергия связи этого электрона меньше энергии связи в вакууме в К раз, где К — диэлектрическая постоянная среды. Следовательно, такие дефекты в основном ионизированы. Это характерно для полупроводников п-типа. (б) Замещение атома в решетке полуметалла на элемент с валентностью, нормально более низкой, производит эффект, обратный только что рассмотренному. Для того чтобы распределение электронного облака было близким к тетрагональному, элемент должен приобрести добавочный электрон, который он получает из кристаллической решетки вблизи от своего местоположения. В результате образуется положительная дырка, локализованная около атома примеси. Как и ранее, энергия связи положительных дырок станет меньше в К раз и, следовательно, дырки будут в основном ионизированы. Это типично для примесных дырочных полупроводников, (в) Вакансии в решетке и атомы или ионы в междуузлиях. Так как дефекты решетки подробно рассматриваются в другой главе этой книги (гл. 2), мы остановимся только на отдельных моментах. [c.171]

Примесная проводимость обус.ювлена наличием в полупроводниковом материале примесей. Находясь в кристаллической решетке кремния, атом мышьяка (или других элементов пятой группы) может отщепить свой лишний пятый электрон и. таким образом, действовать как донор электронов. Если в исходном состоянии этот электрон находился в запрещенной зоне полупроводника на уровне, не слип]ком удаленном от нижнего края зоны проводимости (рис. 1.2,6, уровень № 1), то он достаточно легко переходит в зону проводимости в результате в этой зоне появляются свободные электроны, т. с. проводимость л-типа. Введение в германий одного атома мышьяка на 10 атомов германия увеличивает число свободных электронов до 10 м =. Если примесью является бор (или другой элемент третьей группы), то он может принять на свою внешнюю орбиталь четвертый электрон. Такой переход возможен, если после него электрон находится на уровне, не очень удаленном от верхнего края валентной зоны (рис. 1.2, в, уровень WA). В данном случае атом примеси действует как акцептор электрона. а в валентной зоне появляется вакансия и полупроводник приобретает проводимость р-типа. [c.19]

При исследовании пленок толщиной более 30 мкм можно было проследить изменение концентрации примесных атомов по глубине, правда, с низким разрешением. Послойный анализ пленки арсенида галлия толщиной около 300 мкм, выращенной с помощью транспортной реакции в парах воды, позволил установить, что по всей толщине пленки до переходного слоя пленка — подложка содержалась примесь молибдена, внесенная из арматуры установки. Появление меди на участке пленки, прилегающем к поверхности подложки, а также увеличение содержания калия к кальция в этой области свидетельствовали о недостаточно тщательной очистке подложки перед выращ 1ванием пленки. Анализ пленки арсенида галлия толщиной 50 мкм, выращенной с использованием транспортной реакции в парах воды на поверхности германиевой подложки, показал, что германий проникает в толщу пленки во время ее выращивания. По толщине пленки концентрация германия изменялась в пределах (1,24-6) 10- ат.%. [c.166]

Другая картина получается при внедрении примесного атома III группы (В, А1, Ga, In). Имея только три валентных электрона, он стремится захватить недостающий четвертый электрон у соседнего атома германия, оставляя в нем вакансию. Это осуществимо благодаря опять-таки малой (0,01 эв) энергии ионизации. Вакансия, перемещаясь по кристаллу, создает положительную проводимость, а внедрившийся атом в виде отрицательного иона (В , А1 и т. д.) остается в узле решетки. Итак, элемент III группы играет роль акцептора, принимающего электроны. Его примесь вызывает дырочную jO-проводимость (от слова positive). Пары электрон — дырка возникают непрестанно в результате хаотических тепловых столкновений атомов разница лишь в том, что в п-полупроводнике решительно преобладают электроны, а в /7-полупроводнике — дырки. [c.170]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология