Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 132
Текст из файла (страница 132)
ачасот: л — «л Таблица 20.6. Электрические пвзмметры и свойства соединений АЩВт 0,17(л); 0,8 (т) 0,078 (л); 0,4(т) 0,26(л); 0,31(т) О,22(л) 0,49 (т) О,О82(л); 0,45 (т) О,Я5 (л); 0,41 (т) О.11 (л); 0,50 (т) 0,052 (л); 0,33 (т) 0,016 (л); 0,438 (т) егкне» дырк н, т — «тяжслые» дырки. 2. Для подвижности в числителе указаны ез о и в к В 6 й и к й к о Ф Ф и Ъ и 3 оз 482 Полупроеодникоаые соединенил Ап'Вт 1разд. 20) 1пУЬ !п йз ГИ6 ВЮб] Рбб~ И РЮа ~Ю4 АЪБЬ АЪАз МОИ ~йВ~ М Иа С а В411 Рнс. 20.!2.
Структура энергетических зон наиболее изученных 20.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ А'и В" Электрические, оптические и многие другие свойства полупроводника определяются его зонной структурой, т. е, зависимостью энергии от волнового вектора. Экспериментальные результаты оптических и злектрическик измерений позволяют количественно описать зонные струхтуры наиболее важных соедине- ний АГАВ«.
Параметры зоиной стуруктуры совместно с основными электрическими харак. теристиками представлены в табл. 20.6 и и.апострируются рис. 20.12. Для всех соединений со структурой сфалерита валентная зона качественно одинаисва. Так, для германия и кремния она состоит нз нескольких подзон. Две нз них, стыкующиеся ярн К=О, образуют зоны «тяжелых» и «легких» дырок.
Третьи, низколежащая подзона 106 М 610Я 904 5 20.21 Электрические свойства соединений 1ир Еаа Айр АХ аа соединений АшВ" (штриховыми линиями показаны расчетные зависимости) отщепленн от первых двух вследствие спин- орбитального взаимодействия. Все соединения индия, в также большинство соединений галлия имеют абсолютный минимум эоны проводимости в центре зоны Вриллюэнн. В то же время у другой половины соединений Ап'Вч самая низкая точка зоны проводимости лежит на осях (100).
т. е. оптические переходы нз ввлентной зоны в зону проводимости возиожны лишь е участием фононов. Определенная экспериментально температурная зависимость ширины запрещенной зоны линейна лишь вблизи комнатной температуры. Поэтому линейная экстраполяция обычно прввсдит к завышенным значениям ширины звпрещенной зоны для температуры абсолютного нуля. Внутри каждой группы ссединений-аналогов наблюдается линейная зависимость ширины запрещенной зоны ог суммарного атом- !7олулроводмиковые соединения Аи'В" [равд. 201 Сиз Ве 1,0 10 ФЮ К Рис. 20.!3.
Температурная зависимость подвижности электронов и дырок в антимониде индия с различной степенью легирования 1 — л=э 10м см ', У вЂ” я=!ам см '. 3 — п= =10'5 см '; 4 — р=з !Ом см "; З вЂ” р=4Х Х !О'5 см "*;  — р=з !Ом см ного номера в периодической системе Д. И. Менделеева. Подобную корреляцию можно наблюдать для температуры плавления соединений, таи как абе эти зависимости определяются видом химической связи. Исключение составляют соединения бора.
У многих соединений Ап'В» подвижность см вг 1П 1ви 1вм 1055 1вм юв 1ам см 5 Рис. 20.14. Зависимость подвижности носителей заряда при 300 К от нх концентрации лля некоторых арсенидов и аитимонидов электронов достигает высоких значений, что обусловлено, в первую очередь, малыми значениями их эффективной массы. Сходство структуры валентной зоны у большинства соединений Ан'В" приводит к тому, что эффективные массы дырок имеют близкие значенвя.
При повышенных температурах главным механизмом рассеяния в соединениях Ан'В" является полярное взаимодействие носителей заряда с оптическими колебаниями решетки. Этот вил взаимодействия играет особую роль вследствие большого диаольиого момента, возникающего при относительном движении двух неодинаковых атомов. В кавалентных полупроводниках со структурой алмаза оба атома в элементарной ячейке имеют одинаковую природу, поэтому оптичесние неполярные козебания решетки нграгст значительно меньшую раль. В области низких температур подвижность носителей заряда, как правило, ограничивается рассеянием на ионизированных примесях. В связи с этим значение ннзкогемпературного максимума подвижности может служить дополнительным критерием чистоты материала. На рис. 20.13 представлены кривые температурной зависимости подвижности для антимонида индия, которые являются наглядной иллюстрацией этого.
Следует отметить, что при достаточно высокой степени легирования примеснае рассеяние проявляется лаже при комнатной температуре. Влияние легировакия на подвижность наиболее изученных соединений Аш В» показано на рис. 20.14. В ряду ковалентных полупроводникан подвижность электронов растет при переходе от алмаза к кремнию и германию, т. е. приближенно можно считать, что подвижность электронов увеличивается с ростом атомной массы.
Аналогичная зависимость набаюдается и в соединениях Аш В": максимальной подвиж. пастью обладают носители заряда в !п5Ь, а минимальную подвижность носителей сле дует ожидать в В!4, Увеличение атомной массы компонентов ведет к уменьшению амплитуды тепловых колебаний атомов, что, в свою очередь, вызывает уменьшение рассеяния носителей заряда при этих колебаниях; а так как од. повременно происходит ослабление ионной связи, то подвижность носителей заряда резко всерастает. Уникальным соотношением подвижностей электронов и дырок абларает антимоиид алюминия — подвижность дырок существенно превышаег подвижность эсекгро нов, что является редким исключением.
Максимальная подвижность электронов в 1555Ь прв 300 К, равная 7,8.!О' см~/В.с, сохраняется в некомпенсированном материале вплоть да концентрации доноров 1О" см '. Максималь. [й 20.2[ Электрические свойства соединений 40 Рис. 20.15. Температурная зависимость удельной проводимости для антимонида индия с различным типом электропроводностн У вЂ” (х»л — х»х)= !,3 !О" см "; 3 — (х!и — х»»)= !Оп си 6 — (г(» — х»л)=2,2 ° !О'» си»; 6 — (х»х — л»л)=О !О'» си 7 — (а»х — Х»п)=2,0.
!Оп си 1 — '(Мд — Х»х)= !О" 4 — (х»х — х»л) = 4 ° ! Ом см нос значение подвижности электронов 1,2.10» см»/(В.с) наблюлается при 77 К в образцах 1п5Ь с концентрацией доноров 5.!О'э см». В «сверхчистомэ веществе подвижности, как правило, меньше, так как такие вещества содержат дефекты, взаимно компенсирующие друг друга и снижающие подвижность вследствие ионного рассеяния. Кроме того, при высокой концентрации электроны экранируют положительные ионы, снижая их влияние на рассеяние.
Поэтому при относительно высокой концентрации носителей заряда подвижность может возрастать иэ-за эффекта экранкровавия. В тех случаях, когда эффективная масса дырок значительно превышает эффективную массу электронов, йодвижность электронов может уменьшиться из-эа электроано-дырочных столкновений. Такой механизм рассеяния играет определенную роль в антимониде и арсениде индия, в арсениде галлия и некоторых других соединениях Аи»В".
Максимальное значение подвижности дырок в 1п5Ь, равное 750 см»/(В .с), определено косвенным путем. Образцы с небольшимн концеатрапиями акцепторов обладают смешанной электропроводностью уже при комнатной температуре. Материал с большей степенью легирования, в котором влиянием электронов при комнатной температуре можно пренебречь, содержит, однако, такое количество примесных ионов, при котором рассеяние на примесях полностью определяет значение подвижности. В соединениях, у которых главный минимум зоны проводимое~и ие совпадает с центром зоны Бриллюэна, подвижность ограничивается дополнительным механизмом междолинного рассеяния, связанного с перебросом элеитро. нов из одного эквивалентного энергетического минимума в другой. Среди всех соединений Ав' Вт наиболее полно изучены элеитрические свойства 1п5Ь.
Частично это объясняется сравнительной легкостью получения этого соединения, частично — очень большой подвижностью элентронов, вызываюшей явления, которые нельзя наблюдать в других полупроводниках вообще или при очень слабо выраженном эффекте. Характерной особенностью антимопида индия Полулроводниковые соединения А л'В г (равд. 20) является сильное изменение зависимости собственной проводимости при высоких температурах (рнс.
20.15). Оно обусловлено вырождением электронного газа. Следует ат1нетитъ, что кривая собственной проводимости, если ее сравнивать с кривыми для лйгнрования мате. риалов, не состветствунг минимальной проводимости, как это наблюдается в кремнии, германии и других полупроводниках Ап'ВХ Из рис. 20.15 видно, что кривые проводимости образцов р-типа опускаются ниже. Минимум проводимости приходится на область смешанной электрапроводиостн, где р) и. Вследствие большого отношения подвижностей носителей заряда в области собственной электропроводнасти удельное сопротивление и коэффициент Холла определяются гланным образом наличием электронов.
В автимониде индия собственная электропроводность определяется в основном дырочной злектрсюрг» водностью, ноторая не превышает нескольких процентов. Даже при концентрации дырок, в несколько раз превышающей концентрацию электронов, коэффициент Холла будет отрицательным. Структуры энергетических зон, приведенные на рис. 20.12, показывают, что в некоторых полупроводниках Ан'В", таких, как !поЬ, 1пАз, 1пР, влиянием высоко расположенных подзон иа перенос носителей заряда можно пренебречь. Вместе с тем во многих соединениях Ап'ВУ (ОайЬ, ОаАз, Пар, АБЬ) верхние энергетические подзоны в зоне проводимости могут играть существенную роль. В особенности такое заключение справедливо для антимонида галлия, в котором над главным минимумом (000) на расстоянии, равном всего 0,08 эВ, расположены минимумы (11!).
Поэтому для анализа электропроводности и эффекта Холла необходимо принимать во внимание два типа носителей заряда с различной эффективной массой. Рост коэффициента Холла при нагревании образцов п-типа наблюдался и в арсе- ниде галлия при температуре выше б00 К. т. е. непосредственно перед появлением собственной электропровадности, что обусловлено более высоким положением дополнительной подзоны по сравнению с расположением аналогичной подзоны в ОаВЬ. Исследование собственной электропроводности широкозонных полупроводников Ан'В" (Л)У) 2 эВ) связано с объективными трудностями, так как собственная электропроводнасть в таких материалах не проявляется даже при! 000 К, а при более высоких температурах происходят необратимые химические изменения материнна.
При плавлении большинство соединений Ап'ВУ переходит в металлоподобное состоя- Таблица Ж7. Удельная прожздимосп соединений АшВ" прн температуре плавления в жидком и твердом состоянии иие. В точке фазового перехода удельная проводимость возрастает до 1О' Ом '.см ', чта характерно для жидких металлов типа ртути Численные значения удельной проводимости некоторых соединений Ап'Вт при температуре плавления в жидком и твердом состояниях приведены в табл. 20.7. В жидкой фазе удельная проводимость всех указанных соединений, за исключением А)ВЬ, уменьшается при росте температуры.
Наблюдаемые скачки проводимости прн плавлении находятся в определенной зависимости от положения компонентов соединений в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. В рядах соединений-аналогов с «катиониым» замещением на более тяжелый элемент (А1БЬ вЂ” Она — 1пВЬ) уменьшаегся разница в степени мегаллизации твердой н жидкой фаз, что приводит к снижению скачка удельнойпроводимости.При «анионном»'замещении на более тяжелый элемент наблюдается увеличение удельной проводимости из-за ее изменения в жидкой фазе. В этом случае существенное влияние смазывает ионная составляющая химической связи, которая хля аитимонидов меньше. чем для арсенидов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
