Свойства бинарных полупроводниковых соединений в изоэлектронных рядах

Влияние различных факторов на подвижность носителей. Напомним, что подвижностью носителей (μ, м²/В∙с) называется дрейфовая скорость их перемещения в поле единичной напряженности:

μ = V/ S, (12.9)

где V – скорость дрейфа носителей, S – напряженность электрического поля. Величина подвижности носителей в полупроводниках колеблется в зависимости от разных факторов в широких пределах и может быть более высокой, чем в металлах. Например, μ_Cu » 3∙10^-2м²/В∙с, в то время как μ_InAs » 3 м²/В∙с. Напомним, что носители рассеиваются (их движение замедляется) либо под действием тепловых колебаний узлов кристаллической решетки (т.е. фононов или так называемых акустических колебаний), либо электрическим полем, создаваемым этими узлами (так называемые оптические колебания). Соответственно подвижность уменьшается с увеличением частоты и интенсивности указанных колебаний, что происходит с повышением температуры твердого тела, а также с увеличением заряда узлов кристаллической решетки и плотности их расположения, т. е. с уменьшением межплоскостных расстояний.

Обращаясь к таблицам 12.1–12.6 можно выявить такие закономерности изменения подвижности носителей в рядах аналогов бинарных полупроводниковых соединений, как повышение μс увеличением суммарного порядкового номера (в результате увеличения расстояний между узлами), а также с уменьшением степени ионности связи. В рядах аналогов подвижность растет с уменьшением ширины запрещенной зоны. Однако такой подход является довольно упрощенным, поскольку не учитывает влияние на μне только Δ Е, но и строения энергетических зон кристаллов в целом, а также влияние дефектов, которые либо тормозят перемещение носителей, создавая свои электрические поля, либо захватывают носители. Указанный подход не учитывает также влияние прочности химических связей на время жизни носителей, а следовательно, и на их подвижность. Примером влияния дефектов кристаллической решетки является “аномально” малая подвижность носителей в соединениях типа А ₂^III В ₃^VI, которые, являясь твердыми растворами вычитания, содержат огромное количество катионных вакансий, имеющих эффективный отрицательный заряд. Другим примером, иллюстрирующим сложную зависимость подвижности от ряда факторов, является тот факт, что в рядах изоэлектронных изоядерных изоструктурных аналогов элементарные полупроводники имеют μ меньшую, чем полупроводниковые соединения А ^III В ^V (на примере германия и арсенида галлия), хотя степень ионности связи в первых равна нулю. Этот факт можно объяснить большой прочностью ковалентной связи в элементарных полупроводниках и, следовательно, малым временем жизни носителей. Подвижность носителей определяется механизмом проводимости. Так, в стеклообразных и многих органических полупроводниках подвижность носителей мала и определяется прыжковым механизмом проводимости.

Удельная электропроводность любого материала, независимо от природы носителя заряда определяется уравнением

s = ∑n_ie_i m _i, (12.10)

ⁱ

где n_i – число носителей заряда сорта i, e_i и m _i – их заряд и подвижность.

Поиск по сайту: