2. Структура аморфных полупроводников
Аморфные пленки Si, Ge и других полупроводниковых веществ по своим свойствам не представляют практического интереса. Образование некристаллической трехмерной сетки атомов приводит к появлению большого количества разрывов связей между атомами там, где расстояние между ними существенно превышают длину химической связи. Из этого следует появление высокой плотности локализованных состояний (1020см-3) в запрещенной зоне. Из-за специфики процесса электропроводности в аморфных полупроводниках управлять электрическими свойствами таких материалов практически невозможно.
Введение водорода в аморфные пленки кремния позволяет изменить его электрофизические свойства. После его введения, водород образует химическую связь с атомами кремния в местах точечных дефектов пленки, это показано на рисунке 1, б. Водород как бы «залечивает» их, получается «гидрированный» материал, который называется Si:H, он резко снижает плотность состояний в запрещенной зоне (до 1016-1017см-3). Его можно легировать традиционными донорными и акцепторными примесями, это придает ему электронный или дырочный тип проводимости, создавать в нем p-n-переходы.
Аморфная форма Si и Ge образована группами, которая состоит из четырех атомов, образующие тетраэдры. На рисунке 2 представлена модель решетки аморфного Si. Аморфная форма отличается от кристаллической тем, что в аморфной тетраэдры ориентированы относительно друг друга случайным образом.
Рисунок 2 показывает существование «одиночной оборванной связи». Такие центры не существуют в кристаллическом кремнии, где отсутствующие атомы дают несколько оборванных связей.
Рисунок 1 - Фрагменты структур аморфного кремния с точечными дефектами (а), гидрогенизированного аморфного кремния (б):
1-точечные дефекты; 2, 3 – атомы кремния и водорода
Рисунок 2 – Механическая модель решетки аморфного кремния
3. Стеклообразные полупроводники
Халькогенидные
стекла, такие, как As2S3,
As2Se3,
As2Te3,
являются представителями этой группы.
К этой группе так же относятся более
сложные стекла, такие, как Te81Ge51A4,
где A
– это элемент V
группы периодической системы элементов.
К этим материалам интерес вызван их
применением в переключателях и
запоминающих устройствах.
Электропроводность полупроводников такого типа описывается экспоненциальным законом:
(1)
при изменении σ в пределах 4-6 порядков величины. Для возникновения проводимости нужна термическая активация.
4. Зонные модели
Существует несколько моделей зонной структуры аморфных полупроводников. Рисунок 3 иллюстрирует особенности этих моделей.
4.1 Модель Коэна – Фрицше – Овшинского
В этой модели, изображенной на рисунке 3, а, всю запрещенную зону перекрывают хвосты плотности состояний, а зависимость плотности состояний однородная. Плавное уменьшение плотности локализованных состояний разрушает резкие края зоны проводимости и валентной зоны. Эта модель была предложена для халькогенидных стекол, которые используются в переключающихся устройствах. Главное возражение против модели Коэна – Фрицше – Овшинского была высокая прозрачность аморфных халькогенидов в области ниже края поглощения. Эта модель больше подходит для аморфного кремния.