Электронные лекции в формате DOC (05)

Посмотреть архив целиком

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ



Для исследования механизма переноса электрического заряда в полупроводниках обычно используют три электрофизические характеристики:

  • электропроводность;

  • термо ЭДС;

  • эффект Холла;

а также их температурные, частотные и полевые зависимости.


Комплексное исследование этих характеристик в кристаллических полупроводниках позволяет определить практически все параметры электропереноса:

  • тип проводимости;

  • концентрацию носителей заряда;

  • их холловскую и дрейфовую подвижности;

  • энергию активации проводимости и другие.



Однако в некристаллических полупроводниках, как и следовало ожидать, картина оказалась гораздо сложнее. Это потребовало развития новых теоретических и экспериментальных подходов к анализу электропереноса в неупорядоченных материалах.

В настоящее время существует целый ряд моделей электропереноса в некристаллических полупроводниках. Но мы с Вами ограничимся рассмотрением лишь наиболее распространенных, наиболее принятых моделей.

Начнем с рассмотрения электропроводности.


ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ


При рассмотрении электропроводности будем базироваться на модели строения энергетических зон Мотта – Дэвиса:



---------------------------------------------------------------------------------------






Эффект Холла в некристаллических полупроводниках


В кристаллических полупроводниках исследование эффекта Холла дает богатую информацию о характеристиках материала.

Коэффициент Холла равен:

| RH| = r/e·n, (18)

где: r 1 – коэффициент, определяемый механизмом рассеяния носителей; nконцентрация основных носителей заряда.

Если основными носителями заряда являются электроны, то коэффициент Холла отрицателен, а если дырки – то он положителен. Таким образом, в случае кристаллов из измерений коэффициента Холла можно определить:

  • тип проводимости полупроводника;

  • концентрацию основных носителей заряда;

  • если при этом известна проводимость (σ = en), то можно определить величину холловской подвижности.


Однако, в некристаллических полупроводниках эффект Холла обнаруживает ряд аномалий. Основной из них является инверсия знака коэффициента Холла относительно типа основных носителей заряда.

Так, в халькогенидных стеклообразных полупроводниках, являющихся материалами р – типа проводимости с положительным значением термо-э.д.с., коэффициент Холла отрицателен. В aSi:H коэффициент Холла отрицателен в материале, легированном бором (р-тип), и положителен в материале легированном фосфором (n-тип).

Существует ряд моделей для объяснения этих аномалий. Но мы лишь констатируем, что в том плане, в котором эффект Холла применяется для кристаллов, в случае некристаллических полупроводников его применять нельзя.

----------------------------------------------------------------------------------


Дрейфовая подвижность носителей заряда

в некристаллических полупроводниках


Одним из эффективных методов исследования спектра локализованных состояний в хвостах зон некристаллических полупроводников является эксперимент по определению дрейфовой подвижности носителей заряда (подвижности в сильных электрических полях), или, так называемая, времяпролетная методика (timeofflight experiment).

Схема эксперимента заключается в следующем.

На образец толщиной d наносятся два электрода, один

из которых прозрачный. К электродам прикладывается

напряжение U для создания в образце поля F.

Через прозрачный электрод образец освещается коротким импульсом сильно поглощаемого света.

Свет генерирует в приповерхностной области образца электроны и дырки. Под действием электрического поля пакет носителей одного знака дрейфует через образец (в зависимости от полярности приложенного напряжения). В период движения пакета носителей, до достижения им второго электрода, в электрической цепи протекает ток.

Дрейфовая подвижность носителей заряда определяется в этом случае следующим образом:

D = d / F· tD, (см2/В·с) (19)

где tD время пролета носителей заряда через образец.

В идеальном случае, когда в запрещенной зоне отсутствуют локализованные состояния, все генерированные I

светом носители одновременно достигают

противоположного контакта и ток в цепи через t

время tD скачком спадает до нуля (рисунок). tD

Однако, в некристаллических полупроводниках присутствует широкий спектр локализованных состояний, которые работают как ловушки носителей заряда: часть носителей заряда захватывается ЕС

на ловушки. В свою очередь, часть захваченных Еt

носителей заряда может через некоторое время

термически выбрасываться из ловушек в EF

нелокализованные состояния и продолжать

движение (рисунок). Сможет ли носитель уйти из ловушки и сколько времени он будет на ней находиться зависит от глубины залегания ловушки Еt и температуры эксперимента.

Захват и частичное освобождение носителей заряда приводит к изменению их концентрации в процессе дрейфа. Эта зависимость описывается следующим выражением:

nD(t) = nD(0)·exp(-t/D), (20)

где D - среднее время жизни носителей заряда. I

Соответственно, зависимость дрейфового тока

от времени имеет вид (рисунок):

Кривые не имеют ярко выраженных деталей, по которым

можно было бы определить время пролета. t

Однако было показано, что если эту зависимость lgI

построить в билогарифмическом масштабе lgI(lgt), то

на ней четко проявляются два линейных участка,

пересечение которых дает значение времени пролета

tD, что позволяет по формуле (19) определить дрейфовую tD t

подвижность D.

С другой стороны, дрейфовая подвижность может быть записана в виде:

D = σ(NC/Nt)exp[ -(EC – Et)/kT], (21)

где: σ - холловская подвижность; NC - плотность состояний на уровне EC;

Nt - плотность состояний на локальном уровне Et.

Таким образом, из наклона зависимости ln D (1/T) можно определить глубину залегания ловушек (EC Et), а по пересечению этой зависимости с осью ординат определить концентрацию ловушек.

Применение этого метода в широком интервале температур дает возможность исследовать спектр локализованных состояний в материале.





Случайные файлы

Файл
15181-1.rtf
163480.rtf
71499.rtf
19546-1.rtf
64247.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.