Точечные дефекты в кристаллах полупроводников

В кристаллической решетке дефекты обычно не остаются на месте, они перемещаются в результате разности их концентраций АС, температуры ДГ, теплового движения, напряжения и т. д. Из кристалла дефекты переносятся на его поверхность, и наоборот, внутри кристалла за счет окружающей среды их число может возрастать. При наличии дефектов в кристаллах происходит массоперенос, перемещающиеся дефекты обусловливают движение атомов в кристаллической решетке и дырочную электропроводность в полупроводниках. Скорость движения точечных дефектов сильно зависит от температуры, однако при нормальных условиях она имеет значение 10 см/с. В природных кристаллах заметного движения макродефектов — двойниковых швов, границ раздела макроблоков, залеченных трещин — не отмечено. [c.26]

Введение электрически активных примесей в кристаллы полупроводников возможно лишь при условии, что произойдет компенсация зарядов примеси в результате изменения числа свободных носителей или путем образования электрически активных точечных дефектов. При введении в кристалл атомы примеси ионизируются с освобождением свободных носителей. Если энергия термического возбуждения собственных носителей в кристалле невысока (малая ширина запрещенной зоны) и меньше энергии образования точечных дефектов, то происходит изменение концентрации свободных носителей в соответствии с условием электронейтральности пр = Кг- [c.217]

ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [c.167]

Различные структурные дефекты решетки избыточные атомы в междоузлиях, вакансии, дислокации, границы кристалла, оказывают значительное влияние на структурно-чувствительные свойства полупроводников. Многие полупроводниковые соединения являются фазами переменного состава с более или менее широкой областью существования. Свойства таких соединений определяются главным образом природой и концентрацией точечных дефектов. Управление структурно-чувствительными свойствами материалов сводится к выбору методов и установлению условий, обеспечивающих возможность контролируемого введения дефектов определенного типа в решетку кристалла либо в процессе его выращивания, либо при его последующих обработках. Однако для этого необходимо предварительно установить характер и степень изменения физических свойств при введении в решетку кристалла дефектов определенного типа (например, примесей) в зависимости от их концентрации. Сложность этой задачи заключается в том, что лишь в исключительных случаях удается изготовить кристалл, содержащий дефекты только [c.8]

Эти дефекты могут взаимодействовать друг с другом, образуя различные нейтральные сочетания. Нейтрализация дефектов решетки с помощью электронов и дырок тем более вероятна, чем больше электронов и дырок в зоне проводимости кристалла, т. е. чем уже запрещенная зона. Дефекты такого типа имеются в полупроводниках. В кристаллах с широкой запрещенной зоной, т. е. в диэлектриках, более вероятна нейтрализация точечных дефектов друг с другом путем образования парных дефектов — дефектов Шоттки (рис. 253) или дефектов Френкеля (рис. 254). [c.311]

Точечные дефекты и ассоциация в кристаллах играют важную роль в теории твердого тела и объяснении электрических явлений в полупроводниках, проводимости твердых тел, фазовых превращений, оптических свойств, химической связи в кристаллах. [c.116]

При наличии в кристалле большого числа различных дефектов, особенно если нельзя контролировать их природу и концентрации, невозможно получить необходимые свойства материала. В элементарных полупроводниках возникновение и поведение различных дефектов поддаются изучению и учету, поскольку в них основную роль играют примесные атомы. Однако в ряде полу- проводниковых соединений, являющихся фазами переменного состава, точечные дефекты оказываются чаще всего определяющими с точки зрения электрофизических и физико-химических [c.162]

Ионные точечные дефекты в кристаллах, не содержащих гетеровалентных примесей, являются преобладающими лишь при составах, близких к стехиометрическому. Их концентрация при этом экспоненциально растет с температурой и не зависит от давления неметалла в газовой фазе. В кристаллах, содержащих гетеровалентную примесь, ионные дефекты доминируют в определенной области давлений неметалла, в которой составы обоих соединений в твердом растворе также близки к стехиометрическим. При этом концентрация основных ионных дефектов определяется содержанием примеси. При больших отклонениях от стехиометрического состава как полупроводники, так и ионные кристаллы имеют комбинированную ионно-электронную раз-упорядоченность, обеспечивающую преобладающую электронную проводимость. [c.165]

График температурной зависимости подвижности поляронов, соответствующий формуле (6.88) при рассеянии на оптических фононах, схематически изображен на рис. 6.11 в координатах Аррениуса. Здесь обращает на себя внимание ход кривой, противоположный представленному на рис. 6.8 в отличие от квазисвободных электронов в атомных полупроводниках подвижность поляронов малого радиуса имеет минимум в области промежуточных температур. Пунктирный участок кривой изображает переход к рассеянию туннелирующих поляронов на заряженных точечных дефектах решетки, играющих в ионных кристаллах ту же роль, что и примесные ионы в валентных полупроводниках. [c.202]

Дислокации оказывают большое влияние как на процессы роста кристаллов, так и на их механические свойства. В полупроводниках они влияют, кроме того, и на электрические свойства. Дислокации сказываются также на процессах образования и исчезновения собственных точечных дефектов (атомы в междоузлиях, вакансии), давая возможность этим процессам проходить внутри кристалла и исключая необходимость диффузии к внешней поверхности кристалла. Даже в том случае, когда образование и исчезновение дефектов происходят внутри кристалла (дефекты по Френкелю), дислокации часто способствуют этому [34], Поскольку дислокации не относятся к числу равновесных конфигураций кристалла, в настоящей книге они не рассматриваются. По этим вопросам имеется специальная литература [35—39]. [c.159]

Из изложенного следует, что введение примеси в решетку полупроводника можно осуществлять как путем простого замещения атома полупроводника на атом примеси с внедрением одного электрона или одной дырки, так и путем одновременного замещения двух атомов полупроводника одним атомом примеси и одной вакансией. Какой из этих двух механизмов введения примеси в кристалл будет осуществляться, зависит от преобладающего в данном материале типа врожденных дефектов. Например, в германии и в кремнии основным видом врожденных дефектов являются электроны и дырки в теллуре — вакансии р = [Ухр]. Если точечные дефекты или введенные в кристалл атомы примеси образуют двухзарядные центры, например V , то учет соответствующего изменения условий равновесия показывает, что внедрение в решетку кристалла высоких концентраций донорной примеси сопровождается введением одной вакансии на каждые два атома примеси. [c.188]

Простейшие примеры квазихимической теории точечных дефектов используют как метод исследования возможных равновесий в кристаллах элементарных полупроводников. Задача несколько осложняется, когда между дефектами и примесями, или между различными примесями могут возникать ассоциации например, нары вакансия — донор или акцептор Ад, и донор О (примесь в междоузлии). Образование ассоциации приводит к изменению концентраций ионизированных примесей и часто к заметному изменению свойств кристалла. Поскольку энергия образования ассоциаций обычно невысока, а их концентрация растет пропорционально концентрациям изолированных дефектов или примесей, то кинетика их образования довольно резко зависит от температуры. Во многих случаях обратимые изменения свойств легированных кристаллов при их термообработках обусловлены образованием комплексов. В элементарных полу- [c.191]

Если же число свободных носителей в чистом кристалле невелико, то при взаимодействии носителей, введенных примесью с точечными дефектами, выделяется энергия, которая может скомпенсировать энергию, затрачиваемую на образование точечных дефектов. Иными словами, если энергия образования дефектов, мала по сравнению с их энергией ионизации, то все свободные носители, создаваемые примесью, будут компенсироваться в результате образования ионизированных дефектов, и кристалл при всех равновесных условиях будет изолятором. Поэтому эффект компенсации электрически активных примесей ионизированными точечными дефектами должен проявляться в полупроводниках с большой шириной запрещенной зоны, в которых число свободных носителей мало, даже при высоких температурах, при которых примесь вводится в кристалл. [c.217]

Некоторые свойства веществ нередко ограничивают выбор метода выращивания особое значение при этом имеет их химическая активность. Выращивание монокристаллов полупроводников осуществляют с целью получения материала с контролируемыми и воспроизводимыми свойствами, которые зависят от природы и концентрации примесей, присутствующих в решетке кристалла. Поэтому выбранный метод должен в первую очередь обеспечивать сохранение чистоты исходных веществ и возможность введения в решетку кристалла соответствующей примеси или точечного дефекта с определенной концентрацией. Следовательно, технология получения монокристаллов полупроводников связана с большим числом физико-химических задач. Кроме того, процессы выращивания монокристаллов должны осуществляться при строго контролируемых условиях точное регулирование температуры и ее распределения, постоянство давления газообразных компонентов процесса, постоянство скорости механических передвижений. [c.281]

В данном разделе речь пойдет лишь о собственных точечных дефектах решетки в кристаллах. Как известно, точечные дефекты в кристалле могут оказывать существенное влияние на физические и механические свойства материала. Поэтому проблема выращивания кристаллов с минимальной концентрацией точечных структурных дефектов имеет важное практическое значение, особенно применительно к полупроводникам, где собственные дефекты решетки зачастую играют роль электрически активных центров. [c.92]

Наиболее благоприятные условия для выделения эффектов, связанных с дислокациями, в образце с большой плотностью последних создаются при исследованиях очень чистых и слаболегированных полупроводников в сочетании с контролируемой термообработкой, сильно изменяющей состояние точечных дефектов в кристалле и практически не меняющей его дислокационную структуру. [c.247]

Огромное влияние на свойства полупроводников и диэлектриков оказывают точечные и протяженные дефекты в кристаллах, теория которых является существом физико-химической и кристаллохимической теории реальных кристаллов. [c.6]

Важное место в статье уделено рассмотрению условий формирования дислокационной структуры в кристаллах при выращивании из расплава, вопросам получения бездислокационных и малодислокационных кристаллов. Излагаются современные представления о природе малоугло-Еых границ в кристаллах. Рассмотрены вопросы образования и природы точечных дефектов в полупроводниках. Значительное внимание уделено изучению сегрегации примесей в связи с совершенством структуры монокристаллов. Рассмотрена природа слоистой неоднородности, примесной субструктуры, включений второй фазы и эффекта грани в легированных кристаллах. [c.401]

Изотопическая разупорядоченность решётки. Изотопический беспорядок в кристаллической решётке существенно уменьшает фононную теплопроводность диэлектриков и полупроводников, если они достаточно чисты химически и совершенны структурно. Этот эффект был предсказан И.Я. По-меранчуком [145] в 1942 г. Изотопы, хаотично распределённые в решётке кристалла, в большинстве случаев представляют собой точечные дефекты, т.е. дефекты, размер которых много меньше длины волны тепловых фононов, доминирующих в теплопереносе. Эти дефекты вызывают упругое рассеяние фононов рэлеевского типа. На основе теории возмущений И. Я. Померанчук рассчитал рассеяние фононов, вызываемое различием масс изотопов, и нашёл, что его скорость пропорциональна квадрату разности масс. [c.80]

НЫХ примеров, показывающих влияние точечных дефектов на каталитическую активность металлов. Для полупроводников вообще очень трудно, если не бессмысленно, проводить различие между точечными дефектами и так называемыми электронными факторами. Следовательно, чтобы определить роль точечных дефектов в случае таких соединений необходимо рассмотреть значительное число результатов, полученных д.пя чистых и легированных окислов, сульфидов, хлоридов и т. п., а также для многих различных несовершенных кристаллов, классификация которых дана в разд. 5.2.3. Однако при рассмотрении металлов совершенно резонно говорить о роли точечных дефектов как таковых, хотя при окончательном анализе получаемых данных иногда трудно провести различие между влиянием на катализ группы точечных дефектов и дислокационных нетель [15]. Работы Робертсона и сотр. [85—87], наблюдавших явление, названное ими каталитической сверхактивностью , и упомянутые ранее работы Ухара [67—70] хорошо иллюстрируют значение точечных дефектов в катализе на металлах. [c.234]

Уравнения (3.8) —(3.10), равно как и полученное в подразд. 2.4 для концентраций электронов проводимости и дырок в собственных полупроводниках уравнение (2.56), имеют вид, сходный с законом действующих масс для реакции образования соответствующих дефектов, что позволяет рассматривать установление равновесия в этих процессах аналогично установлению равновесия химических реакций. Такой подход к процессам с участием точечных дефектов в кристаллах называют квазихимическим, поскольку при этом в качестве реагентов рассматривают только отклонения от идеального бездефектного состояния кристаллической рещетки. Также по отнощению к нормальному зарядовому состоянию того или иного элемента (узла или междоузлия) рещетки рассматривают и заряды точечных дефектов. [c.121]

Процессы ионизации примеси будут описаны с помощью ква-зихимических уравнений, в которые входят условные обозначения природы, местоположения и зарядности атомов примеси. Применение этих уравнений позволяет уточнить условия, при которых-может проявиться электрическая активность примесей, введенных в кристалл полупроводникового материала. Никогда не имеют дело с материалами, содержащими только один вид ионизирующегося дефекта в любом кристалле, очищенном практически до> возможного предела, всегда содержатся как остаточные примес ,, так и термически равновесные точечные дефекты (все атомные и точечные дефекты склонны к ионизации). Поэтому в кристалла полупроводников устанавливаются сложные взаимодействия между всеми заряженными дефектами и носителями зарядов. При этом между полупроводниками, содержащими атомные или то- [c.163]

Поскольку изменения вибрационной энтропии при образовании как вакансий, так и межузельных атомов всегда значительно меньше соответствующих энтальпий образования, то концентрация того или иного вида дефектов определяется в первую очередь величиной энтальпии образования. Расчеты показывают, что для плотно упакованных металлов концентрация атомов в междоузлиях на много порядков меньше концентрации вакансий. В случае же элементарных полупроводников со структурой типа алмаза объем междоузлий и их окрул-[ение мало отличаются от нормальных узлов и, следовательно, переход атома из узла в междоузлие не сопровождается появлением столь большой энергии деформации, как в плотно упакованных металлах. Поэтому концентрация межузельных атомов в кристаллах со структурой типа алмаза может быть того же порядка, что и концентрация вакансий. Однако не существует каких-либо данных о влиянии межузельных атомов на свойства кремния или германия, и можно считать, что концентрация атомов в междоузлиях достаточно совершенных кристаллов в общем случае незначительна. Необходимо обратить внимание на то, что между равновесными концентрациями вакансий и межузельных атомов в чистых элементарных кристаллах отсутствует какая бы то ни было связь. Это объясняется тем, что поверхность кристалла (внешняя или внутренняя) всегда играет роль либо источника, либо стока вакансий. Между кристаллами с точечными дефектами Шоттки и кристаллами с дефектами Френкеля имеется принципиальное различие. [c.169]

В II. 1—II.2 мы познакомились с дефектами кристаллов, образованными атомами (точечные) и группами атомов (протяженные). Они, как известно, подчиняются статистике Больцмана. Но в физике полупроводников рассматриваются дополнительные дефекты , образованные микрочастицами электронами, дырками, фотонами, фснонами, экси-тонами и др. Дефекты такого рода оказывают ренаюдее влияние на поведение полупроводников. Хотя в определенных случаях равновесие электронов и дырок, как мы видели в VIII.1, может рассматриваться с тех же позиций, как, например, ионное произведение воды. [c.525]

В элементарных полупроводниках основную роль играют точечные дефекты типа примесных атомов. В полупроводниковых соединениях, которые в принципе являются фазами переменного состава, первостепенное значение имеют точечные дефекты типа вакансий (нарушение стехиометрии). Они, как правило, определяют структурно-чувствительные электрофизические и физико-химические свойства полупроводящего вещества. В частности, дефекты Шотткн могут быть не только структурным несовершенством в кристаллах полупроводникового соединения, но н функционировать как электрически активные центры, выполняя функцию оноров или акцепторов. [c.50]

На рис. 3.5 показаны аналогичные зависимости для бинарного кристалла, являющегося ионным полупроводником, т. е. удовлетворяющего условиям Ks > Ki > Ks. Видно, что при Рхз = onst изменение температуры приводит к изменению концентрации всех точечных дефектов и нестехиометрии кристалла. С этим необходимо считаться при синтезе материалов со свойствами, зависящими от дефектности структуры. [c.130]

Однако термин центр окраски применяется обычно в тех случаях, если вакансия или точечный дефект захватывает электроны или дырки и приобретает способность поглощать свет. Центры окраски могут возникать в ионных кристаллах, изоляторах и полупроводниках. В литературе этот термин часто используется для описания радиациопно-йндуцированного окрашивания любых веществ. Мы, однако, будем употреблять его в более ограниченном смысле, называя центрами окраски слабо-связанные электроны, захваченные вакансиями. [c.297]

Перенос энергии посредством миграции экситонов может происходить только в изолирующих или полупроводниковых кристаллических телах. К таким телам относятся. молекулярные и ионные кристаллы, керамика, большая часть полимеров, полупроводники и пр. Экситонами называют возбужденные электронные состояния в кристаллах. В принципе экситон представляет собой пару электрон — дырка. Эта связанная пара — электрон в полосе проводимости и дырка в валентной полосе — как одно целое может двигаться через кристалл. Движение экситона через кристалл можпо представить себе как ряд рекомбинаций электронов и дырок с последующим поглощением освобожденной энергии. Возбужденная молекула окружена другими молекулами, которые способны воспринимать и переизлучать энергию возбуждения. Экситон мигрирует сквозь кристалл до тех пор, пока не произойдет взаимодействие с фонопами (рассеяние на фопонах) или атомами примесей, с дислокациями или точечными дефектами, которое приведет к потере энергии возбуждения. После этого экситон может быть локализован и захвачен ловушкой. Энергия экситона растрачивается на флуоресценцию или иногда на химические превращения молекул ловушки. Роль экситонов в процессах, происходящих в неорга- [c.311]

Экспериментальные исследования влияния дислокаций на электрические свойства полупроводников связаны с определенными трудностями. При пластическом деформировании монокристаллов ковалентных полупроводников в температурном интервале пластичности наряду с дислокациями образуются точечные дефекты, перераспределяются примеси и изменяется их состояние. Вклад этих эффектов в некоторых случаях превосходит изменения, связанные с дислокациями [44—46], и может даже привести к инверсии типа проводимости образца [44, 45]. Все это вместе со сложностью создания кристаллов с заданной дислокационной структурой обусловило большую противоречивость экснерийшнтальных данных о положении дислокационных уровней, полученных при исследованиях эффекта Холла, фотопроводимости, рекомбинационного излучения [26, 40, 41]. [c.247]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология