Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 121
Текст из файла (страница 121)
Зависимости энергии Таблица /8.7. Примесные уровни в кремнии П р и меч а н не. )У', — энергия верхнего уровня валентной зоны; )р„ — энергия нижнего уровня зоны проводимости. Электрические и оптические саойстаа крсмния и германия 431 Рис. !6.27. Температурные зависимости для кремния в интервале температур собственной электропроводносги: а — удельной проводимости и коэффициента Холла; б — дрейфовой подвижности электронов и дырок; а — концентрации носителей заряда с" Рн.сл кл Юз Юг 10 Таблици 1В.В.
определе Прнмесные нные термнч уровни в германна, вским методом Ю см В.с Энергетический тсочень, эВ Донор или зкиеатор Примесь А Л А Д Д Д Д В А1 Па 1и Р Аз 35 Ы Уп 56 Со Ю Са Приме уровня вален го уровня зои чапае. В; гной зоны; В' ы проводим — энергия верхнего . — энергия ннжнеоп и. А Д или А А Дили А Л Д или А Д Д или А А А Д Л А Л Д или А Д А Д нлиА Л Вь=+00104 !0, = + 0,0102 Вт, = + 0,0106 В'ч = + 0,0112 Вгч = — 0,0! 20 Вч = — 0,0127 В'ч = — О,И66 Вть = — 0,0093 В', = + 0,0300 !Р.
= + 0,0900 В'.=+0,0500 В'ь=+0,1600 В'ь = + 0,1600 В'ч = — 0,3700 В'ь = + 0,2200 В'. = — 0,3000 Вь=+0,2500 В'ь = — 0.3100 В'ь = + 0,3500 Уч = — 0,2700 В'ч = + 0,0400 В', = + 0,3300 Вч = — 0,2600 В'ь = + 0,0400 В;=+0,2500 Вт = — 0,2000 В'ч = + 0,0500 Ж,=+0,1500 В'ч = — 0.2000 В'. = — 0,0400 10 Э О 00 1 15 20 25 5 К ЮР ?00 500 СЮ 600 5001007 Я Ю Ю 0 0~ 10 40 2,0 К 432 Элемеягаряьы полупроводники [равд.
!8) й) Ом.с Е г )а О, О, Ф й) убгх ург" ГО" (О уО ляг' уйгз 10га 10 та сы з Рис. 18.28. Зависимости улельного сопротивления от концентрацнн акцепторных (р„) н донорных (р„) примесей при температуре 293 К для кремния (а) и германия (б) д, см 11-с ЗОО а), см' Ос г560 гОО 5ОО (ОО' О ГОЭ МГ* й) ' ГО' ЮГОМьтя О Рнс. 18.29. Зависимости козловской подвижности основных носителей от удельного сопротнвкения кремния при 300 К для электронного (а) н лырочного (б) образцов а), гм Ос 5) От 500 4ОО ОО 2ОО гО 6 гО~Ом см Рнс.
18.30. Зависимости дрейфовой подвижности неосновных носителей от удельного сопротивления кремния прн 300 К для образцов с р-тнпом электропроводности (а) и л-типом (б) тами по цнклотронному резонансу з германии„ в результате которых была найдены значения эффективных масс дырок, равные 0.26гл и 0,044гп соответственно. В действительности поверхности постоянной энергии не являются идеальными сферами, прнчем особенно сильно искажена поверхность постоянной энергия зоны «тяжелых» дырок.
Трижды вырожденная при нулевом волновом векторе валентная зона германна расщепляется вслецствне спннорбнтального взанмолействня. Прн этом энергия одной нз зон уменьшается. Взанмодействне между зонами мало, поэтому их поверхности постоянной энергия остаютсн близкими к сферическим. Найдено, что энергия спннорбятального расщепления равна 0,28 эВ, а эффективная масса дырок в аоне Электрические и оптические свойства кремния и германия а) лм В 3М уа 7(7 У(7 7() га Т Ю х Л К~ Рнс.
18.31. Температурные зависимости концентрации основных носителей в кремнии: а — с при- месью мышьяка в количестве ! — 1,75 1О" см ~: 2 — 2 ° !Ом см '; 3 — 1,75.!О'" см ~; 4 — 1,3 !Оо см г; 3 — 2,2 ° !Ом см 5 — 2,7 ° !Ом см г; б — с примесью бора 1 — 3,1-10" см а; 3 — 7,0.!Оы см г; 3 — 2,4 ° !О'~ см "; 4 — 2,0 ° !О'г см а; 3 — 1,0 !Ом см б — 1,5-!Ом см составляет 0,077т.
Зависимости энергии электронов и дырок в германии от ваанового вектора поиазаны на рис. 18.26, б. Ширина запрещенной зоны кремния, полученная с помо!нью экстраполяции, при температуре абсолютного нуля равна 1,21 эВ в результате электрических измерений и 1,205 эВ в результате иссзедоваиий спектра собственного оптического поглощения. Ширина запрещенной зоны германия, полученная с помощью экстраполяции, при температуре абсолютного нуля равна 0,78 зВ н результате исследований оптического поглощения и 0,785 эВ в результате электрических измерений.
Положения примесных уровней в кремнии представлены в табл. !8.7, в германии — в табл. 18.8. Зависимость собственной удельной проводимости у и коэффициент Холла йх от температуры показаны на рис. 16.27, а. Коэффициент Холла меньше нуля, что свидетельствует о том, что подвижность электронов превышает подвижность дырок. При температуре собственной электрапроводности подвижность носителей заря!!а зависит от температуры (рис.
18.27, б). Собственная концентрация носителей в кремнии экспонеициально возрастает с увеличением температуры (рис. 18.27, в). Из рис 18.27, б, а найдено указанное в табл. 18.1 собственное удельное сопротивление кремния при комнатной температуре. Электрические свойства кремния чрезвычайно сильно зависят ог наличия в нем примесей. На рис. 18.28, а показано кпияние концентрации акцепториых и донорных примесей на удельное сопротивление кремния. При повышении концентрации примесей холловские и дрейфовые подвижности свободных носителей заряда уменьшаются (рис. 18.29, 18.30).
Температура окружаюшей среды суп!ественно влияет на концентрацию своб<шных носителей заряда (рис. 18.31). При высоких концентрациях примесей (кривые 5) кремний становится вырожденяым. На рнс. !8.32 и 18.33 изобр»- жены зависимости подвижности и коэффи- Элементарные полупроводники (равд. 18] О шча В.с эт а) е сне Юс 76е 76 ах 7()' 76а 7Ог 7() г() 4Е ЕС НО гб(7 4()() 76' 76 Яо 4а б() 76а жо 4667( Рис. 18.32. Температурные зависимости холловской подвижности основных носителей в образцах кремния, указанных на рис. 18.31, а,— (а) и на рис. 18.31, 6,— (6) циента Холла от температуры.
При высокой температуре пстдвижность определяется в основном рассеянием носителей вследствие колебаний кристаллической решеткк, а прн низких — преимущественно рассеянием на ионизированных примесях. Температурные зависимости удельной проводимости кремния л- и р-типа эаектропроводности показаны на рис. 18.34. Точнее значение коэффициента термо- ЭДС кремния указать весьма трудно, так как он зависит от чистоты н совершенства кристаллов. Кроме того, коэффициент термо-ЭДС является функцией механизма рассеяния носителей заряда. Некоторые параметры кремния приведены на рис. 18.35. Концентрация собственных носителей заряда в германии экспоненциально увеличиваегся с ростом температуры (рис. 18.38, а) .
Зависимость собственной удельной проводимости германия от температуры изобра>кеиа на рис. 18.38, б. С учетом зависимостей, приведенных на рис. 18.38, вычислено указанное в табл. 18.1 значение собственного удельного сопротивления германия при комнатной температуре. Электрические характеристики германия очень сильно зависят от концентрации содержащихся в нем примесей.
На рис. 18.28, 6 показано влияние концентрации актшпторных и донорных примесей на удельное сопротив. ление германия при комнатной температуре. С увеличением концентрации примесей холловские и дрейфовые подвижности свободных носителей заряда уменьшакттся, что нллюстрируегся рис. 18.37. При изменении температуры окружающей срыты чрезвычайно сильно может измениться концентрация свободных носителей (рис. 18.38, а). При очень большой концентрации доноров примесная зона перекрывается с зоной проводимости и германий становится вырожденным. На рис. 18.38, б, в изображены зависимости подвижности и удельной проводимости германия и-типа от температуры. Графики, представленные на рис. 18.39, а, показывают влияние температуры на удельное сопротивление германия у-типа элект1шпроводности.
На рнс. 18.39, 6 и 18.40 приведены зависисимости иоэффициента Холла от температуры для германии р- и л-типа злектропроводности. Чистот а и совершенспит кристаллической структуры образцов сильно влияют иэ (й 18.3) Электрические и оптические свойство кремния и германия уо уо уо 6' 8 кт О г О В В Л-т зависимости коэффициента Холла а образцах кремния, укаазнных рис. 18.31, а,— (а) и на рис. 18.31, б,— (б) Ом 'сн ФО уо о г О в В К-' Рис. 18.34.
Температурные зависимости удельной электропроводносги, указанных на рис. о 2 4 Рис. ! 8.33. Температурные на а) Оч~ач Ф кп уов Ф О г а б В Кт проводимости в образцах кремния я- и р-типа 18.31, а,--(а) н иа рис. !8.31, бт — (б) Элеиенгарныа полупроводники (равд. 18) 050 0120 0,2 0 40 20 220 200 200 240 200 320 и Рис. !8.35. Температурные зависимости произведения коэффициента герма-ЭДС на температуру двя образцов кремния, указанных иа рис. !8.31, а,— (а) и на рис. !8.31, б,— (б) ам-3 гам б)„ эм 'ам бп 10 (0 мб тр г 10гб 10 и -г 1гз !О гб О, 10-б ,0 Рис.
!8.38. Зависимости от температуры в области собственной электропроводности германия кон- центрации носителей заряда (а) и удельной проводимости (б) коэффициент термо-ЭДС германия. Некоторые характерные кривые приведены на рис. !8.4!. Оптические свойства полупроводника определяются характером взаимодействия фотонов с электронамн. В конечном итоге это взаимодействие выражается в способности пОглощать, отражать и преломлять свет с различной длиной волны. На рис.
!8.42, а изображен спектр основного поглощения для кремния, полученный для высоксюмного при комнатной температуре образца. Для указанных энергий фотонов коэффкциент поглощения резко возрастаег при уменьшении длины волны света. Основное поглощение объясняется непосредствеицыми пере- Элементарные полрпроаодникн (равд. 18) 438 а) см"За !О ге !и (рте !Ол и 2 4 б б йч гон б г 4 б б (г-! !О' .!О 40 бр бб 80 Гйб !бб 200 К Рис. !8.38. Температурные аавнсимости для германия концентрации электронов (а), подвижности электронов (б) и удельной проводимости (а) при разной концентрации мышьяка ! — 8.10'з см ' 2 — 8.10" см з; 3 — 1,2-10'з см з; 4 — У ° !О'» см з. 5 — б-!О'" см з' б — 8 !Оо см Штриховой линней наказана зависимость собственной проводимости Ю сы2 'В с Оптические свойства германия похожи на оптические свойства кремния. На рис. !8.42, б показаны спектры основного поглощенна германия.
Граница поглощения соот- ветствует длине световой волны 1,8 мкм и позволяет найти ширину запрещенной зоны германна (см. рис, !8.43, б). Для инфракрасных лучей чистый 1ер- Электрические и оптические свойства кремния и германия 489 5 !6 З) 10 ",! 08 22 !б сб 24 20 42 К 00 йй тб 2,0 2,4 2,8 52 К. Рис. 18.39. Температурные зависимости для германия р-типа злектропроводностн удельнозо сопротивления (а) и коэффициента Холла (б) СМ Кд 10™ 108 !05 0,2 10' 0,1 1 0 2 9 К О 60 160 240 К Рис. 16.40.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
