Модели структуры энергетических зон

В неупорядоченных полупроводниках, при том, что ближний порядок сохраняется, небольшие отклонения в углах и длинах связей приводят к полной потере трансляционного порядка на расстояниях в несколько координационных сфер. В результате потери дальнего порядка в материале может быть реализован широкий набор атомных конфигураций. В тетраэдрических аморфных полупроводниках возникают атомные конфигурации в виде пяти-, шести- и семичленных колец.

Аморфная структура a-Si:H налагает ряд ограничений на электронные свойства материала. Полупроводниковые свойства идеальных кристаллических тел хорошо описываются зонной теорией. Благодаря периодической структуре кристаллического материала носители заряда могут иметь большую длину свободного пробега до взаимодействия с несовершенствами решетки, что обусловливает высокую подвижность электронов и дырок.

В неупорядоченных полупроводниках дальний порядок отсутствует, и потому основные положения зонной теории кристаллов в этом случае оказываются неприменимыми.

Еще в середине 50-х годов А.Ф.Иоффе сформулировал эмпирическое правило, согласно которому за полупроводниковые свойства в материалах отвечает ближний порядок. В соответствии с этим правилом, если ближний порядок при переходе материала в неупорядоченное состояние не изменяется, то в нем сохраняются основные черты плотности состояний соответствующего кристаллического аналога.

Аморфные материалы также имеют нелокализованные состояния, посредством которых электроны и дырки могут свободно перемещаться. Однако отсутствие дальнего порядка приводит к тому, что для них длина свободного пробега значительно ниже, чем в кристаллическом материале. При этом, длина свободного пробега электрона зависит от энергии. Когда длина свободного пробега становится сравнимой с межатомным расстоянием, носители заряда локализуются. Следовательно, для аморфных полупроводников имеется некая граница между нелокализованными и локализованными состояниями. В результате в аморфном кремнии существует так называемая щель по подвижности. В идеальном кристалле энергетические состояния не могут существовать внутри запрещенной зоны, а в аморфном полупроводнике имеется некоторое множество локализованных состояний, обусловленных разупорядочением структуры.

В настоящее время можно выделить несколько моделей, позволяющих удовлетворительно объяснять электрофизические свойства неупорядоченных материалов.

Наибольшее распространение получили представления, основанные на зонной модели распределения энергетических состояний с четко выраженным краем подвижности, разделяющим локализованные состояния на хвостах зон от делокализованных. Эта модель была предложена Моттом.

В середине так называемой запрещенной зоны неупорядоченного полупроводника содержится большое количество локализованных состояний, которые обусловлены дефектами в непрерывной случайной сетке атомов материала. Эти состояния эффективно закрепляют уровень Ферми.

You can leave a response, or trackback from your own site.

Leave a Reply