Электронно-дырочное равновеси

Электронно-дырочное равновесие в полупроводниках [c.231]

Ионизация примесного атома сдвигает электронно-дырочное равновесие в полупроводниках, что в свою очередь изменяет концентрацию дефектов, возникающих в чистом кристалле. Допустим, что вакансия М атома служит акцептором электрона в чистом веществе, а примесь О —донором, тогда можно записать, что [c.122]

Рассмотрим влияние электронно-дырочного равновесия на растворимость примеси в твердом теле. Используя доводы, аналогичные приведенным в предыдущем разделе, можно убедиться, что растворимость примеси в кристалле, находящемся в равновесии с внешней фазой, содержащей эту примесь, снижается при наличии другой примеси, ионизующейся подобно первой, и растет, если примесь дает ионы другого знака. Уточним, при каких условиях устанавливается состояние равновесия между кремнием и обладающим донорными свойствами литием, если концентрация последнего во внешней среде поддерживается постоянной. При тех температурах, когда экспериментально возможно достичь равновесия, можно считать, что литий полностью ионизован. Если кремний также содержит акцепторные добавки, например бор, равновесие достигается за счет такой реакции [c.124]

Акцепторы повышают концентрацию дырок по сравнению с чистым кристаллом, что вызывает при данном значении константы электронно-дырочного равновесия смещение равновесия (7.5, а) вправо, увеличивая растворимость лития. Если в кремний добавляются доноры электронов, растворимость, естественно, будет падать. Это и есть процесс, аналогичный влиянию одноименных ионов в водных растворах, о котором мы говорили в гл. 5. Так, растворимость слабого основания в воде можно повысить, добавляя кислоту или ее можно уменьшить, добавляя в раствор другое основание. [c.125]

При малых [51]общ вертикальное равновесие слева сдвинуто вверх, в дальнейшем, однако, из-за увеличения [е ], согласно принципу электронно-дырочного равновесия, уменьшается [/г+], а, следовательно, растет [51 а8], так как равновесие в уравнении (7.176) сдвигается вправо. В результате кривая, соответствующая уравнению (7.16), становится параллельной оси абсцисс, т. е. добавление кремния не вызывает роста 1е ]. [c.128]

Рассмотрим влияние электронно-дырочного равновесия на степень ионизации примеси, имеющей переменную валентность. Электронные состояния, лежащие ниже уровня Ферми, в основном заполнены, в то время как электронные состояния, лежащие выше уровня Ферми, как правило, не заполнены. Так, степень ионизации меди в германии [см. (7.13)] определяется положение.м уровня Ферми в каждом конкретном образце, поскольку уровень Си лежит выше уровня Си ", который в свою очередь лежит выше уровня Си" (см. рис. 44). Добавление доноров или акцепторов ведет к изменению уровня Ферми, а, следовательно, и степени ионизации меди. Имеется ряд соединений, в которых примеси переходных металлов имеют переменную валентность например, Мп в MgO может находиться в виде ионов Мп +, Мп + и Мп +. Добавляя литий, можно регулировать степень ионизации марганца. Если [Ы]>2[Мп], то чтобы компенсировать заряд, марганец должен стать четырехзарядным если [Ы] =[Мп], следует ожидать, что марганец будет трехзарядным промежуточные значения концентрации дадут смесь и Мп +. Окислительная среда способствует образо- [c.129]

Мы рассмотрели лишь несколько таких систем, для которых легко экспериментально подтвердить влияние электронно-дырочного равновесия на установление равновесия других дефектов решетки. Нужно иметь в виду, что рассмотренное на этих примерах влияние носит общий характер и его надо учитывать при исследовании диэлектриков и полупроводников почти всех типов. [c.129]

Мы уже видели, что образование дырок при ионизации галлия сдвигает электронно-дырочное равновесие в сторону ионизации лития, а, следовательно, верхнее равновесие сдвигается вправо. Ассоциация ионов Оа и приводит к уменьшению [11+], что также вызывает смещение верхнего равновесия вправо. Таким образом, как уже говорилось в предыдущем разделе, при наличии условий для ассоциации ионов можно ожидать увеличения растворимости. Приведенные здесь уравнения, в которых учитывается закон действующих масс, можно дополнить условием равновесия процесса ассоциации данные, рассчитанные с помощью полученного в итоге выражения, хорошо согласуются с экспериментальными данными по растворимости Ы и Оа в Ое. А если бы мы учитывали только электронно-дырочное взаимодействие и не принимали во внимание процесс ассоциации ионов, то расчетная растворимость была бы в пять раз меньше наблюдаемой. [c.132]

Описанный выше эффект электронно-дырочного равновесия является совершенно общим и применим к другим видам растворенных включений, в частности к вакансиям [16, 17]. На этой [c.273]

Равновесная растворимость многих элементов в полупроводниках может определяться не только равновесием с внешней фазой и электронно-дырочным равновесием, но и равновесием между растворами замещения и внедрения. Характерно поведение меди в германии, которое мы теперь и рассмотрим для примера. [c.274]

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ П ЕГО АНАЛОГИЯ С ХИМИЧЕСКИМ РАВНОВЕСИЕМ (НАПРИМЕР, В РЕАКЦИИ ИОННОЙ ДИССОЦИАЦИИ ВОДЫ) [c.357]

Электронно-дырочное равновесие в полупроводниках и его аналогия с химическим равновесием (например, в реакции ионной диссоциации воды) [c.518]

Совершенно аналогично трактуем температурную зависимость электронно-дырочного равновесия в полупроводнике. При не слишком высоких температурах, когда п< Л ир< Л/, и принимая, что в небольшом интервале температур 30—50° энергия активации мало зависит от температуры, можно приближенно найти изменение электроннодырочного произведения Кпр с температурой. Очевидно, поскольку реакция эндотермическая, то электронно-дырочные произведения должны с температурой увеличиваться. [c.521]

В физической химии полупроводников широко распространились работы, в которых для расчетов концентрации связанных с зарядом дефектов применяют закон действующих масс. Это новый вклад в представления химии, ранее применявшей этот закон лишь к атомам или молекулам. В новых уравнениях закон действующих масс учитывает концентрации электронов и дырок (что законно, поскольку электронно-дырочное равновесие ему подчиняется), вакансий и других дефектов. Литература в этом направлении обширна. Поэтому мы, для информации, остановимся на работе Блума и Крегера, посвященной тому же сульфиду свинца (см. УП1.14). [c.565]

Принимая во внимание константу электронно-дырочного равновесия [п] [р] = Ki Vi константу дублетно-вакансионного равновесия [1 1] [1/в1 = Ks (при сублимации сульфида), можно написать 4 уравнения, описывающие разные виды взаимодействия между дефектами и свободными электронами (здесь всюду квадратные скобки означают концентрацию) [c.566]

Для изучения химических реакций в твердых телах были проведены химические исследования на высокочистых полупроводниковых материалах [1]. Движения атомов в полупроводниках важны не только в связи с технологическим использованием методов диффузии для образования контактов в полупроводниковых устройствах, но также и потому, что чистые и почти совершенные полупроводниковые кристаллы являются особенно хорошей средой для изучения взаимодействия примесей и зависящих от диффузии реакций в твердой фазе. При изучении химических взаимодействий между примесями было показано, что можно использовать германий и кремний в качестве среды для наблюдения в очень разбавленных твердых растворах разнообразных химических явлений, обычно связанных с водными или другими жидкими растворами. Аналогия с водными растворами хорошая, так как и полупроводник, и вода при обычных температурах являются слабо ионизованными средами, причем при ионизации электроны и дырки образуются в полупроводнике так же, как водородные и гидроксильные ионы в воде. Электронно-дырочное равновесие и закон действия масс можно непосредственно применить к таким проблемам, как растворимость примеси, находящейся в равновесии с внешней фазой, ионизация примеси и распределение ее между различными местами кристаллической решетки соединения, таким же способом, который обычно используют для расчетов кислотно-щелочного равновесия, действия общего иона и т, д. Образование ионных нар в полупроводниках было детально и количественно изучено твердое вещество является отличной средой для проведения таких исследований вследствие его чистоты, отсутствия осложнений, вызываемых, например, эффектом гидратации и возможностью легко и независимо варьировать концентрации взаимодействующих ионов. [c.44]

Для упрощения расчетов сделаем несколько допущений. Так, если температура достаточно высока, можно предположить, что все доноры ионизованы, так что [0+1=[0]общ =сопз1. Обычно можно также упростить условие электронейтральности, допустив, что в определенной ситуации один из членов каждой части уравнения (7.2) будет намного больше другого. Подобные упрощения помогут рассчитать относительные концентрации дефектов всех типов в широком интервале температур. Из большого числа возможных эффектов мы рассмотрим лишь те, которые наиболее важны и могут быть проверены простым экспериментом. В данном примере при низких температурах концентрация вакансий велика по сравнению с концентрацией вакансий в чистом кристалле, так как электроны, поставляемые донором, согласно уравнению (7.1, б), сдвигают электронно-дырочное равновесие (7.1, а) влево, уменьшая концентрацию дырок. В результате равновесие процессов, описываемых уравнениями (7.1,г) и (7.1, в) сдвигается вправо, что можно показать с помощью следующих уравнений [c.123]

Интересное видоизменение описанных выше реакций с кислородом получается в случае присутствия, кроме прежнего раствора кислорода в кремнии, акцепторов, в частности бора, алюминия или галлия 48]. Можно предсказать, зная обсуждавшиеся выше законы электроно-дырочного равновесия, что наличие акцепторов приведет к заметному увеличению концентрации доноров, в результате сдвига вправо равновесия (26, в). Кроме того, проявятся особые эффекты, связанные с акцепторами, особенно при умеренно высоких температурах (выше 500°) или при большей продолжительности реакции при более низких температурах. Эти эффекты, которые особенно резко выражены в кремнии, легированном алюминием, являются, как полагают, результатом образования более стабильных комбинаций между комплексами Si04 и акцепторами. Получены доказательства [c.287]

Электронно-дырочное равновесие подчиняется тому же закону. Пусть концентрация электронов в 1 см п, концентрация дырок р, концентрация непродиссоциировавших квантовых состояний в валентной зоне практически при низких температурах равна концентрации N всех связей. Тогда [c.358]

Эти представления широко используются в теории полупроводников также при изучении электронного равновесия в двух смежных фазах с помощью уровня Ферми электрохимического потенциала) ( VII] 4), аналогично тому, как электронно-дырочные равновесия изучаются на основе закона действующих масс ( VIII. 1 и V111.2 . [c.465]

Как известно, малые добавки оказывают сильное действие также на электропроводимость и другие характеристики полупроводников. Многие окис-ные катализаторы являются полупроводниками. В начале 50-х годов С. 3. Рогинским и Ф. Ф. Волькенштейном были сформулированы основные представления электронной теории катализа и хемосорбции на полупроводниках, основанные на применении к этим явлениям зонной модели и поддержании электронно-дырочного равновесия на поверхности полупроводника при взаимодействии с молекулами. Эта концепция в одноэлектронном приближении с несколькими дополнительными гипотезами дальше детально развивалась Ф. Ф. Волькенштейном, В. Л. Бонч-Бруевичем, В. Б. Сандомирским, Ш. М. Коганом, а за границей — Хауффе, Вейсом, Жерменом, Моррисоном и другими и стала впоследствии широко популярной среди всех специалистов по катализу. [c.8]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология