Аморфные полупроводники. Классификация и свойства аморфных полупроводников. Методы получения аморфных полупроводников, страница 3

Край основного поглощения света в аморфных и стеклообразных полупроводниках имеет 3 участка. В области высоких значений коэффициента поглощения  см^-1, его зависимость от частоты: , где см^-1·эВ^-1, - оптическая ширина запрещенной зоны. При 1,0 см^-1 , где А = 15-20 эВ^-1. При <1 см^-1 поглощение обусловлено дефектами структуры.  

В большинстве аморфных и стеклообразных полупроводников наблюдается значительная фотопроводимость , где L - интенсивность света; . Спектральное распределение   имеет максимум и пологую длинноволновую ветвь; зависимость  имеет максимум в той области T, где , а при понижении температуры спадает вначале экспоненциально, а затем более полого. Особенности  объясняются "прилипанием" и рекомбинацией неравновесных носителей на локальных центрах, непрерывно распределенных по энергии по определенному (в частности, по экспоненциальному) закону. В ХСП наблюдаются ряд специфических явлений, например уменьшение люминесценции в процессе возбуждения, что коррелирует с явлениями фотоиндуцированного электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и фотоиндуцированного поглощения света. Эти особенности объясняются наличием заряженных дефектов, которые при низкотемпературном освещении становятся нейтральными и парамагнитными.

2.3 Зависимость оптических свойств от атомной структуры

В полностью координированных системах порядок в пределах молекулярных единиц ответствен большей частью за ширину электронных зон, чем объясняется обнаруженное ранее подобие оптических запрещённых зон многих веществ в их аморфных и кристаллических фазах. И наоборот, удаётся также объяснить большие различия в ширине запрещённой зоны, например для фаз мышьяка, у которого имеются разные молекулярные единицы. Топологический беспорядок ответствен за общую форму распределения плотности состояний. Но некоторые детали формы не зависят от топологии, и они наблюдаются в плотности состояний и кристаллической,  и аморфной фаз. Ряд особенностей формы зависит от структурной статистики, и такие особенности должны были бы вести к различиям в оптических спектрах двух фаз. Однако эти различия сильно замаскированы, поскольку в аморфных полупроводниках даже вдали от краёв зон атомный потенциал настолько велик, что даже слабые отклонения в распределении длин и углов связи с ближайшими соседними атомами для идентичных в других отношениях молекулярных единиц ведут к сильному электронному рассеянию и малой длине когерентности волновых функций.  Действительно, длина когерентности имеет величину порядка постоянной кристаллической решётки, а соответствующая неопределённость волнового вектора по порядку величины близка к величине самого волнового вектора. При таких условиях  правило отбора импульсов при оптических переходах нарушается, что и является, по-видимому, одним из наиболее важных различий между  свойствами кристаллической и аморфной фаз.

         2.4 Фотопроводимость

Фотопроводимостью называется изменение электропровод­ности при освещении материала электромагнитным излучением. Избыточная проводимость  возникает под действием погло­щаемого света, если плотности носителей заряда n и p возра­стают по сравнению с их значениями в состоянии теплового равновесия:

                                               (4)

При низких температурах величины  и  могут быть зна­чительно больше соответствующих равновесных плотностей  и . В стационарном состоянии избыточные плотности рав­ны скорости генерации g(т. е. числу носителей, генерируемых в  единицу времени в единице объема), умножен-

ной на их сред­нее время жизни :

                                                    (5)

Скорость генерации определяется квантовым выходом η, который равен числу электронно-дырочных пар, рождающихся при поглощении одного фотона.

Неравновесные носители заряда существуют до тех пор, пока не исчезнут в результате рекомбинации, которая осуще­ствляется, вообще говоря, по трем каналам: прямая рекомби­нация свободного электрона со свободной дыркой, захват элект­рона центром, на котором локализована дырка, а также захват дырки центром, на котором имеется связанный электрон. В стационарном состоянии скорость генерации носителей равна скорости рекомбинации.

Рис. 2. Зависимость «темновой» проводимости

и фотопроводимости от температуры для  Ge₁₅Te₈₁Sb₈S₂

при разных интенсивностях возбуждения.

При изменении температуры фотопроводимость большин­ства аморфных полупроводников изменяется так, как показано на рис.2. Здесь представлены кривые зависимости фотопрово­димости от обратной температуры

для образца Ge₁₅Te₈₁Sb₈S₂. В области высоких температур (режим I) фотопроводи­мость экспоненциально растет с 1/Т, обнаруживая хорошо оп­ределенную энергию активации. Кроме того, видна линейная зависимость от интенсивности возбуждающего света. При более низких температурах (режим II), фотопроводимость уменьша­ется с 1/T и пропорциональна квадратному корню из интен­сивности света. При еще более низких температурах кривые фо­топроводимости, по-видимому, достигают насыщения. Макси­мум температурной зависимости обычно имеет место вблизи температуры, при которой «темновой» ток превышает фототок [1].

        3. Аморфные Siи Ge

Из-за того, что аморфные полупроводники IV группы Si и Ge обладают открытой структурой, их свойства сильно отличаются от свойств стеклообразных аморфных полупроводников, таких, как As₂S₃, которым было посвящено множество экспериментальных ра­бот. Более того, Si и Ge могут быть получены в очень чистом виде, а их свойства в кристаллическом состоянии хорошо изучены и по­няты. Широко изучались свойства этих материалов и в аморфном состоянии, что дало прекрасную возможность провести сравнение свойств двух форм одного и того же вещества. Поэтому перед тем, как обсуждать менее простые для понимания аморфные полупро­водниковые соединения, мы для начала рассмотрим Si и Ge [3].