Свойства полупроводниковых материалов

Осн. физ--хим. свойства важнейших П. м. представлены в табл. 1 и 2.

Прослеживаются следующие общие закономерности в изменении свойств. С увеличением энергии связи между атомами уменьшается период кристаллич. решётки а, возрастают темп-ра плавления T_пл и ширина запрещённой зоны С увеличением молекулярной (атомной) массы период кристаллич. решётки а возрастает, t_пл и уменьшаются. Нагрев П. м. приводит к увеличению а; внеш. давление r вызывает уменьшение а. При этом соотв. уменьшаются ил p увеличиваются энергия связи между атомами и ширина запрещённой зоны (табл. 1).

Зонная структура. В большинстве практически важных П. м. валентные зоны имеют сходное строение. Они вырождены и состоят из зоны тяжёлых дырок зоны лёгких дырок и спиновоотщеплённой зоны (рис. 1).

Рис. 1. Зонная структура: слева - прямозонных полупроводниковых материалов; справа - непрямозонных.

Все зоны имеют максимум в центре Бриллюэна зоны (k = 0). Перенос носителей в П. м. с дырочной проводимостью определяется дырками первых 2 зон, эфф. массы к-рых приведены в табл. 2 (см. Зонная теория).

В зоне проводимости, помимо минимума в центре Бриллюэна зоны (k = 0), есть побочные минимумы, располагающиеся вдоль кристаллография, направлений [100] пли [111]. Электроны в центр, минимуме имеют высокую подвижность m и малую эфф. массу т, в побочных минимумах - низкую подвижность и большую т. Если энергетически наиб, низким является минимум в центре Бриллюэна зоны, то такие П. м. наз. "прямозонными". П. м., где энергетически наиб, низкими являются минимумы в направлениях [100] или [111], относятся к числу "непрямозонных". В прямозонных П. м. электроны проводимости имеют высокую подвижность и малую эфф. массу, в непрямозонных наоборот (табл. 2). Величина коэф. поглощения света вблизи края фундаментального поглощения в прямозонных П. м. в непрямозонных П. м.- Прямозонные П. м. обнаруживают более высокий коэф. излучат, рекомбинации (табл. 3) (см.Рекомбинация носителей заряда).

Табл. 3. - Коэффициент излучательной рекомбинации K_и

Свойства полупроводниковых твёрдых растворов зависят от их состава и природы составляющих компонентов. Период кристаллич. решётки обычно линейно зависит от концентрации растворённого компонента (правило Вегарда). Концентрац. зависимости подвижности носителей времени их жизни интенсивности излучат. рекомбинации и оптич. поглощения в твёрдых растворах прямозонных П. м. описываются плавными кривыми между значениями, характерными для составляющих их компонентов (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость подвижности носителей в растворах прямозонных полупроводников от концентрации компонентов (зс).

В твёрдых растворах, образованных прямозонным и непрямозонным П. м., в области составов, где происходит изменение зонной структуры, наблюдаются резкие изменения свойств (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость подвижности m носителей в твёрдых растворах между прямозонным и непрямозонным полупроводниками от концентрации компонентов.

Зависимость свойств П. м. от природы и концентрации примесей и дефектов используют для целенаправленного изменения характеристик П. м. путём легирования (см. Легирование полупроводников).