ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Инородные атомы, растворённые в полупроводниках. Примеси в полупроводниках либо замещают в кристаллической решётке атомы основного вещества, образуя твёрдые растворы замещения, либо располагаются в междоузлиях, образуя твёрдые растворы внедрения.

Следует различать остаточные примеси, которые не были удалены из ПП при очистке или случайно были введены в полупроводниковый материал при последующих технологических операциях, и легирующие примеси, намеренно вводимые в заданных количествах в ПП при легировании как в процессе приготовления поликристаллической шихты или выращивания монокристалла, так и в процессе изготовления р-п переходов с целью придания всему материалу или определённым его участкам требуемых электро-физических свойств (например, определённой величины и типа проводимости). Введение легирующих примесей может обеспечивать воспроизводимые результаты только в том случае, если их концентрация в ПП (которая должна быть ниже их предела растворимости при температурах, близких к комнатной) значительно выше концентрации остаточных примесей. Как правило, в элементарных ПП и бинарных ПП соединениях предел растворимости примесей невысок и его зависимость от температуры часто имеет максимум при температуре порядка 0,7.

Примеси в полупроводниках в соответствии с их воздействием на физические свойства ПП могут находиться в электрически активном и электрически неактивном состояниях (в зависимости от условий введения и обработки). Электрически активные примеси могут быть однозначно активными, проявлять себя либо как доноры, либо как акцепторы, или амфо-терно активными: часть примесных атомов может проявлять донорные свойства, а другая - акцепторные.

Электрическая активность Примесей в полупроводниках характеризуется в основном числом и распределением связей атома примеси с соседними атомами ПП. Например, в ПП кристаллах со структурой типа алмаза акцепторами являются элементы 111 группы периодической системы Менделеева (атомы которых устанавливают связь только с тремя из четырёх окружающих их атомов и вызывают появление дырки), а донорами - элементы V группы (у которых после установления связей со всеми четырьмя соседними атомами остаётся один свободный электрон).

Энергия ионизации примесных атомов III и V группах близки к 0,01 эВ, поэтому при комнатных температурах такие примеси почти полностью ионизированы. При малых концентрациях примеси создают локализованные энергетические уровни, расположенные в запрещённой зоне (примесные уровни). В зависимости от того, мало или сравнимо с шириной запрещённой зоны расстояние от примесного уровня до ближайшей разрешённой зоны, различают мелкие и глубокие примесные уровни. При больших концентрациях уровни сливаются, образуя примесные зоны, примыкающие к разрешённым зонам (такие ПП называются сильнолегированными). При изготовлении ПП приборов для создания р-п переходов нужной конфигурации иногда приходится локально перекомпенсировать примесь одного типа (например, акцепторную) примесью другого типа (донорной), чтобы создать слой материала требуемого типа проводимости.

К группе электрически неактивных примесей (при определённых условиях, например при комнатной температуре) относятся атомы тех групп периодической системы, которые для данного ПП не являются однозначно легирующими примесями. Эти Примеси в полупроводниках создают в запрещённой зоне два (иногда и более) глубоких примесных уровня. Их иногда намеренно вводят в ПП для придания ему особых свойств, например резкого уменьшения времени жизни неосновных носителей заряда.

Примеси в полупроводниках такого типа создают глубокие уровни, которые часто являются эффективными центрами захвата и рекомбинации носителей заряда. В некоторых случаях, например при изготовлении ПП кристаллофосфоров, осуществляется легирование примесями, создающими глубокие уровни, и необходимая излучательная рекомбинация происходит между краем одной из разрешённых зон и глубоким уровнем или между двумя примесными уровнями, один из которых глубокий. В ПП соединениях, однозначно активными акцепторами являются атомы элементов, имеющие степень окисления на единицу меньше, чем компонент А или В, а донорами - атомы элементов, имеющие степень окисления на единицу больше, чем А или В. Например, в СаАх акцепторами служат атомы элементов II группы, а донорами - атомы элементов VI группы, атомы элементов IV гр. - амфотерно активные примеси: атом Се, замещающий атом Са, - донорами а замещающий атом А5 - акцептор.

В ПП соединениях роль Примеси в полупроводниках могут играть избыточные по отношению к стехиометрическому составу атомы компонентов самого соединения, точечные дефекты.

В любом ПП кристалле, очищенном до практически возможного предела, всегда имеются как остаточные примеси, так и термически равновесные (и неравновесные) точечные дефекты. Поскольку все атомные (примеси) и точечные дефекты склонны к ионизации, в ПП устанавливаются сложные взаимодействия между всеми заряженными дефектами и носителями зарядов.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.