ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Полупроводники из "Физические методы анализа следов элементов" Наиболее знакомые и наиболее ваншые эффекты влияния примесей па свойства твердых веществ лежат в области полупроводниковых явлений. [c.25] Основные электрические свойства полупроводников определяются примесями, содержащимися в пределах 10 %. Очистка этих материалов от примесей или введение в них заданного количества примесей встречает серьезные технологические трудности. [c.25] Все электрические свойства полупроводников, из которых электропроводность является самым наглядным примером, зависят от количества носителей тока (электронов и дырок). Количество носителей тока в элементарных полупроводниках (таких, как кремний или германий) обычно определяется концентрацией элементов-примесей III и V групп. Каждый из этих элементов обеспечивает точно один электрон проводимости или дырку на один атом примеси (но не при низких температурах). Иногда другие электрически активные примеси дают непосредственно электроны или дырки. Полезная концентрация носителей тока может составлять 1 носитель на 10 атомов кристалла. Отсюда следует, что чистота исходного материала должна быть значительно выше и концентрация примесей, вводимых в материал для создания носителей тока, должна быть выше остаточных примесей. [c.26] Влияние химических примесей на свойства сложных полупроводников точно такое же, как и на элементарные полупроводники, хотя во многих материалах на количество носителей заряда оказывают влияние также и дефекты кристаллической решетки (вакансии и междоузлия), возникающие вследствие неполной стехиометрии. Наблюдаются также изменения валентности, обусловленные присутствием примесей в кристалле. Так, одновалентный литий, содержащийся в NiO, приводит к образованию ионов трехвалентного никеля в равной концентрации эти ионы трехвалентного никеля непосредственно определяют количество носителей тока, а следовательно, и проводимость. [c.26] Многие другие свойства полупроводников непосредственно зависят от количества носителей зарядов. Сюда входят такие свойства, как теплопроводность, эффект Холла и термоэлектричество, многие оптические свойства (люминесценция, фотопроводимость, поглощение в некоторых частях оптического спектра), магнитная восприимчивость и многие другие явления. [c.26] Полупроводниковые диоды и транзисторы изготовляют созданием в кристаллической решетке областей с различной по величине и типу проводимостью. Успех зависит от тщательности контроля за содержанием примесей и их распределением. [c.26] Центры, где находятся примеси, т. е. области в решетке кристалла, занятые атомами примесей (точечные дефекты решетки) или комбинацией атомов, были предметом обширных исследований не только с точки зрения свойств германия и кремния, но и многих соединений. Методы, основанные на измерении электропроводности, эффекте Холла, поглощении света и фотопроводимости, дают информацию об энергии ионизации этих центров, т. е. энергии, необходимой для удаления электрона из центра (или для его добавления к центру). Для получения детальной количественной информации о структуре центров примесей, в том числе о структуре центров, образованных скоплениями примесег или взаимодействием двух или более атомов примесей или дефектов решетки, используют методы электронного парамагнитного резонанса. [c.26] Некоторые примеси дан е в концентрации 10 % являются эффективными рекомбинационными центрами. Так, никель, присутствующий в германии на уровне этих концентраций, снижает продолжительность жизни малых количеств носителей заряда на один — два порядка (рис. 1). Считают, что продолжительность жизни носителей заряда в пробах без присадки никеля определяется случайными концентрациями меди или никеля, присутствующих в количестве 10 —10 %. [c.27] Большая часть усилий, затраченных на улучшение полупроводниковых материалов или на поиски новых с лучшими свойствами, была связана с идентификацией и управлением неизвестными примесями, действующими как рекомбинационные центры или как обычные доноры и акцепторы в области концентраций 10 —10 %. Необходимость такой идентификации и послужила толчком к развитию новых методов очистки и анализа материалов. Недостатки этих методов усложняют и задерживают решение проблем полупроводниковых материалов. [c.27] Необходимо заметить, что количественное выражение упомянутых выше свойств зависит от индивидуальности элемента-примеси, и часто для идентификации примесей привлекают эффект Холла и измерения фотопроводимости. Вследствие большой чувствительности к содержаниям примесей электронные свойства материала дают очень ценную и большую аналитическую информацию даже тогда, когда не удается идентифицировать эти примеси. [c.27] Вернуться к основной статье