Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников, страница 8

3. Фотоны.

Фотон вряд ли можно считать истинным несовершенством решетки, скорее его можно отнести к частицам, пролетающим через кристал. Представление о фотоне отражает корпускулярный аспект электромагнитного излучения: в то время, как электрон имеет и волновую природу, свет и другие излучения обладают и корпускулярными свойствами.

Соответствующие этому частицы (фотоны) несут энергию и импульс. Однако они не имеют массы покоя и лишь в ограниченном смысле допускают локализацию в пространстве.

Энергия фотона частоты  равна , где h- постоянная Планка. Локализованный фотон представляет собой нечто вроде локализованного электрона. Это волновой пакет, составленный из большого числа электромагнитных волн разной частоты.

В кристаллах фотоны существуют лишь ограниченное время и превращаются обычно в фононы, или, если энергия фотона достаточно велика – в возбужденные пары электрон – дырка (собственное поглощение света решеткой). Если собственное поглощение не имеет места, то кристалл является прозрачным и фотон покидает его.

В излучении черного тела фотоны находятся в тепловом равновесии с фононами. Распределение Энергии по частотам в этом случае подчиняется закону излучения Планка:

 - энергия, излученная черным телом в единичном интервале частот при температуре Т. Это распределение подчиняется статистике Бозе – Эйнштейна.

4. Фононы.

Подобно электронам и фотонам фононы представляют собой корпускулярный аспект явления двойственной природы. Волновой аспект в данном случае связан с колебаниями решетки.

Локализованный фонон («частицу») можно получить наложением ряда нормальных колебаний кристалла.

Фононы суть кванты звука. Их можно создать, приводя решетку в колебание (например, соединив ее с генератором звуковых колебаний). Энергия фонона (как и фотона) дается формулой Планка , где - частота данного колебания решетки. Эти колебания образуют спектр, простирающийся от низких частот вплоть до инфракрасной области.

Фононы принимают существенное участие в целом ряде процессов в кристаллах. К ним относятся:

1.Установление теплового равновесия. 2.Рассеяние носителей тока решеткой. 3.Тепловое сопротивление большинства твердых тел. Когда один из концов кристалла нагрет, тепловой поток можно рассматривать как диффузию фононов.

5. Примесные атомы.

Из всех перечисленных несовершенств чужеродные атомы имеют, с практической точки зрения, наибольшее значение для полупроводников. Изготовление п/п и последующая их обработка должны производиться с учетом влияния примесей на их свойства.

Примеси могут быть междуузельными или замещающими. В первом случае их атомы вклиниваются между атомами решетки, во втором – они замещают атомы решетки.

К числу важнейших эффектов, обусловленных примесными атомами, относятся следующие:

1. Примеси создают новые электронные уровни в энергетическом спектре кристалла.

2. Примеси в п/п дают вклад в рассеяние носителей тока, ибо они нарушают идеальность структуры кристалла. Рассеяние носителей тока бывает нескольких типов: а) рассеяние заряженными примесями; б) рассеяние нейтральными примесями; в) рассеяние скоплениями примесных атомов.

3. Примеси обладают способностью диффундировать при наличии градиента их концентрации.

4. Примеси могут оказывать существенное влияние и на другие свойства п/п – химические, оптические, магнитные.