образование точечных дефектов в полупроводниковых кристаллах

реклама
ОБРАЗОВАНИЕ
ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ
В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
КРИСТАЛЛАХ
Любые отклонения от периодической
структуры кристалла называются
дефектами.
дефекты
точечные
протяженные
искажения решетки
кристалла сосредоточены
в окрестностях одного
узла
могут быть
линейными(дислокации),
плоскостными (межфазные
границы) и объемными (поры,
трещины)
локализованы на расстояниях
порядка межатомного
размеры существенно превышают
величину межатомного расстояния
При Т > 0 K кристаллы всегда содержат
небольшое число дефектов,
соответствующее минимуму
потенциальной энергии.
Дополнительные дефекты вносятся при
различных воздействиях:
•нагреве
•деформации
•облучении частицами и др.
Собственные дефекты в кристаллической
решетке одноатомного кристалла.
V-вакансия, I-междоузельный атом,
V-I-пара Френкеля.
Кристалл, состоящий из атомов двух
типов: А и В.
Вакансии в двух подрешетках VA и VB ,
междоузельные атомы IA , IB .
Энергетический спектр электронов в
идеальном (а) и дефектном (б) кристаллах:
I-валентная зона, II-зона проводимости,
Ес, Еv-края разрешенных зон.
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ
ДЕФЕКТОВ В КРИСТАЛЛАХ
•Введение дефектов в процессе роста
кристаллов
•Термофлуктуационные дефекты
•Радиационные дефекты
•Дефектообразование в
полупроводниках при импульсном
лазерном облучении
Введение дефектов в процессе роста
кристаллов
Дефекты в кристалл вводятся целенаправленно.
Этот процесс называется легированием.
Две цели: управление электропроводностью
кристалла или рекомбинационными процессами в нем.
• В первом случае необходимо ввести дефекты,
обладающие мелкими уровнями. (для Ge и Si
донорами служат атомы P, As, Sb, Bi )
• Во втором случае вносятся атомы примеси,
имеющие глубокие энергетические уровни.
(используют примеси тяжелых и благородных
металлов: Fe, Ni, Cr, Cu, Ag, Au )
Термофлуктуационные дефекты
Конфигурационная диаграмма, поясняющая
термофлуктуационный механизм образования
дефектов
Q0 и Q1 соответствуют регулярному и дефектному
состояниям атомной конфигурации
Радиационные дефекты
Две возможности образования дефекта:
•прямое столкновение быстрой частицы с
атомом решетки (реализуется для частиц,
несущих заметный импульс, то есть для
электронов, ионов и нейтронов)
•более сложный процесс, связанный с
возбуждением электронной подсистемы
кристалла (кванты электромагнитного излучения
непосредственно не смещают атомы из узлов
решетки, но передавая свою энергию
электронам, они могут инициировать
образование дефекта)
Образование дефекта в ионном кристалле
при многократной ионизации аниона
Образование дефекта в ковалентом
кристалле при многократной ионизации
атома решетки, расположенного вблизи
заряженного донора
Конфигурационная диаграмма, поясняющая
электростатический механизм образования
дефектов
состояния атомной конфигурации:
I-основное, II-однократно и III-двукратно
ионизованные
Конфигурационная диаграмма,
поясняющая электронно-колебательный
механизм образования дефектов
состояния атомной конфигурации:
I-основное, II-электронно-возбужденное
Дефектообразование в полупроводниках
при импульсном лазерном облучении
Электронное возбуждение и нагрев
(плавление) – вызывают деформацию
поверхностного слоя.
электронно-деформационно-тепловая
(ЭДТ) модель возникновения точечных
дефектов
При определенных условиях дефекты
образуют пространственно-периодические
структуры.
Скачать