Такой подход позволяет объяснить многие свойства ХСП. Стеклообразные материалы, для которых можно принять схему б, были названы LP-полупроводниками (Lone Pair semiconductors). Они представляют собой две различные системы, взаимодействующие друг с другом. Одна – это ковалентно связанная атомная сетка, создающая структурную конфигурацию материала; другая – система LP-орбиталей, распределенных в трехмерном пространстве, взаимодействующих с основной матрицей и друг с другом. Эти LP-электронные конфигурации из-за разупорядочения основной матрицы находятся в различном атомном окружении, что приводит к возникновению "хвоста" локализованных состояний. Большинство LP-состояний дважды заняты и диамагнитны. При возбуждении они могут быть однократно заняты и давать ЭПР – сигнал, т. е. стать парамагнитными центрами.
Если в состав материала входит несколько элементов халькогена, они способствуют образованию широкого спектра локализованных состояний, который может перекрываться с валентной зоной и "хвостом" локализованных уровней зоны проводимости.
Некоторые особенности распределения электронных состояний в реальных аморфных материалах. Анализируя приведенные модели, можно отметить, что имеются существенные отличия тетраэдрических аморфных материалов от халькогенидных стекол. Вместе с тем, наряду с отличиями, у них имеется ряд общих свойств, характерных для неупорядоченных материалов. Разупорядочение играет определяющую роль для электрофизических свойств материалов, которые могут изменяться в зависимости от химического состава вещества.
Рассматривать ХСП как материалы с чисто ковалентной связью не совсем корректно. Степень "ионности" связей достигает в некоторых ХСП 20 % . При этом поляризационные явления могут видоизменить спектр электронных состояний в "хвостах", что проявится в транспорте носителей и магнитных свойствах материала [22].
Немаловажная особенность энергетического спектра неупорядоченных полупроводников – случайное искривление зон, обусловленное крупномасштабными (радиуса RC порядка 10-7 см) флуктуациями потенциальной энергии электронов. Такая область – кластер – значительно меньше расстояния между электродами, но превышает среднее расстояние между центрами локализации. При этом в пределах одного кластера структура ближайшего окружения атомов практически не изменяется, но в переходном слое (барьере) искажения значительны.
Характерные особенности энергетического спектра аморфных полупроводников можно суммировать следующим образом.
1. Граничные значения энергий ЕC и EV отделяют области энергий нелокализованных электронов (выше ЕC) и дырок (ниже EV) от локализованных.
2. В интервале энергий ЕC – ЕV существует квазинепрерывное по энергии распределение состояний, плотность которых изменяется в зависимости от технологии изготовления материала и его химического состава.
3. Уровень Ферми "закреплен" вблизи середины щели подвижности из-за наличия узкой (~ 0,1 эВ) зоны дефектных состояний, которые в отсутствие возбуждения заряжены положительно, если находятся выше уровня Ферми, и отрицательно, если ниже.
4. Энергетический спектр ХСП отличается от такового у тетраэдрических аморфных материалов наличием LP-состояний или групп состояний в зависимости от присутствия в материале халькогена. Эти LP-состояния, взаимодействуя с основной матрицей, создают значительные искажения в спектре за счет поляризационных эффектов, что вызывает сдвиг Стокса и смещает уровень Ферми к валентной зоне. Флуктуации потенциала для носителей заряда (НЗ) обусловлены конфигурационным разупорядочением. LP-состояния, напротив, являются собственными, и их пространственное распределение соответствует распределению атомов халькогена в матрице материала. Они энергетически связаны с валентной зоной. Флуктуации потенциала валентной зоны зависят не только от распределения дефектов в объеме материала, но и от их взаимодействия с LP-состояниями.
1.3.2. Плотность локализованных состояний
Разработанная для кристаллических полупроводников зонная теория формально переносится и на неупорядоченные полупроводники. Сохранение ближнего порядка расположения атомов в структуре материала обусловливает сохранение зонной энергетической модели описания свойств полупроводника. При большой разупорядоченности структуры зонная теория имеет несколько иной физический смысл. Когда говорят о зонной теории в аморфных полупроводниках, имеют в виду "разрешенные" и "запрещенные" энергетические зоны подвижности при температуре абсолютного нуля [23]. Это значит, что перекрытие волновых функций электронов в разрешенных зонах велико и их протяженность распространяется на все пространство. Состояния в разрешенных зонах называются делокализованными или распространенными. Состояния в запрещенной зоне локализованы, причем существуют критические энергии, отделяющие эти состояния от распространенных. Эти критические энергии называются порогами подвижности, а область энергий между ними – щелью подвижности. Таким образом, энергетические зоны в аморфных полупроводниках характеризуются как зоны подвижности, разделенные разрывом в подвижности, тогда как спектр плотности состояний по энергии непрерывен в отличие от кристаллических полупроводников.
Исходя из определения зонной модели аморфных полупроводников электронные состояния делят на локализованные, где μ → 0 при Т=0 К и делокализованные (распространенные), для которых выполняется условие μ ≠ 0 при Т = 0 К [1]. Плотность локализованных состояний g(E) в аморфном гидрогенизированном кремнии (a-Si:H) вблизи уровня Ферми в основном определяется количеством "оборванных связей кремния". В собственном материале (а - Si(i)) величина ее достаточно высока ( ~ 1019 см-3эВ-1) и из-за сложности легирования делает практически непригодным а - Si(i) для применения в приборостроении. При пассивации оборванных связей, например, водородом, плотность локализованных состояний уменьшается на 2-3 порядка.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.