Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [ 64 ] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

- А, мкм

0,62

О.SO

0,58

\ 0.56

I 0.5

I I

3,0 2,0 1.5 1,0 0,8 0.6

InAs

--ПУУ

/7 0

GaAs*

GflP*

Рис. 7.4. Диаграммы Оо от eg для двух четверных соединений. Затененная область соответствует яепря»»озонным ма. териалам:

а - (Ini xGax)(Asi j,Py) - штриховые линии указывают область энергий запрещенной зоны, которые могут быть получены в четверных соединениях при согласовании с решеткой подложки из GaAs и 1пР; б - (Gaj-xAU) (AsySb,-) - заштрихованная область не может быть реализована вследствие несмешиваемости компонентов

1,5 2,0 tg,3B

-Л, мкм 3.0 2.0 1.5 10

ны в р-типе). Такие матес-риалы известны как примесные полупроводники контролируемой примесью. В этих материалах концентрация примеси настолько высока, что она, а не температура, является основным фактором, определяющим число свободных носителей и, следовательно, электрическую проводимость. Схемы энергетических уровней для примесных полупроводников л-типа и ;7-типа показаны на рис. 7.5.

ТолупроБОДИИки IV группы - Si и Ge могут стать полупроводниками п-типа после введения небольших концентраций донорных примесей элементов V группы - Р или As. Они же могут стать полупроводниками р-типа в результате введения акцепторных примесей - элементов III группы - В или Ga.

Такие А"В" полупроводниковые соединения могут стать полупроводниками л-типа в результате замещения некоторых атомов V группы атомами VI группы (например, Se, Те) или замещением элементов III группы иа Si, Ge или Sn. Они могут стать полупроводниками р-типа в результате замещения атомов III группы двухвалентными атомами, такими как Zn или Cd, а также Si, Ge или Sn вместо атомов V группы. Атомы IV группы могут стать или донорами, или акцепторами в А"В полупроводниках. Они известны как амфотерные примеси.


2,0 ед,эв



Во многих полупроводниковых материалах одновременно присутствуют как донорные, так и акцепторные примеси, и материал становится полупроводником л-типа или р-типа в зависимости от того, концентрация какой из примесей выше. Если концентрации точно сбалансированы, полупроводник называют компенсированным.

На рис. 7.5 показано, что примесь л-типа создает локализованный энергетический уровень непосредственно под ее- При этом обычно он лежит значительно выше гр, поэтому почти все доноры ионизируются. Однако вследствие возрастания концентрации свободных электронов повышается положение уровня Фер.ми внутри запрещенной зоны. Напротив, при.месь /7-тнпа приводит к появлению локализованного энергетического уровня внутри запрещенной зоны вблизи еу. Этот акцепторный уровень находится значительно ниже ер и обычно заселен

Вакуумный уройень

Энергия электронов

Валентная зона

свободные электроны


Вакуумный уровень

Зона

проводимости

----Е„--

йкцеп-

£/---1-

Энергия электронов

Свободные электроны

Распределение кoнteнmpaцuu

Дырки

Рис. 7.5. Диаграмма энергии электронов для примесных полупроводников: а - полупроводник п-типа, в котором почти все донорные примеси ионизованы; б - полупроводник р-тнпа, в котором почти все акцепторные уровни заняты электронами, возбуждаемыми из валентной зоны



электронами, возбужденными из валентной зоны. Увеличение населенности дырок ведет к снижению уровня Ферми.

Концентрация примеси в Si и Ge обычно не превышает 10** м"». В А"В полупроводниках достигается значительно более высокий уровень легирования. При этом наблюдаются три важных эффекта. Во-первых, примесные уровни взаимодействуют с другими уровнями, в результате чего они размазываются и могут слиться с краем зоны. Во-вторых, происходит возмущение края зоны, что приводит к образованию «хвоста». В результате этого сужается запрещенная зона. Наконец, уровень Ферми поднимается в зону проводимости в материале п-типа или снижа[ется в валентную зону в материале р-тпа. Такой полупроводник называется вырожденным. Эти эффекты будут подробно обсуждаться в § 8.2.

7.3. р-га-ПЕРЕХОД

7.3.1. р-п-переход в равновесии

Обычно можно сформировать резкий переход в полупроводниковом образце между областями п- и р-типа. В равновесном состоянии, когда нет напряжения или градиента температуры, уровень Ферми един для

Ваищ/мный уровень

Распределение нонцентрацаи.

~Д»1рна


Ваниумный уровень (.1

Энергая

электронов

Cвoвoвныe зяектрокы


Распревеленае нонцентрацаи

.£f Дь/рна

Переход

Рис. 7.6. Э.чектроиные уровни энергии я+р-перехода в равновесии. Концентрация свободных электронов любой энергии одинакова в каждой точке диаграммы. Это же справедливо для дырок. Положение вакуумного уровня различно для материалов л- и р-типа. Это указывает на наличие контактной разности потенциалов



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [ 64 ] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0017