Файл: Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 167

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

' Г Л А В А 9

Х А Л Ь К О Г Е Н И Д Н Ы Е С Т Е К Л А

9.1.ВВЕДЕНИЕ

Внастоящей главе рассматриваются свойства аморфных полу­ проводников, содержащих один или несколько халькогенов: S, S& или Те. Образование стекол внутри определенной области соста­ вов возможно также при комбинировании халькогенов с одним или несколькими элементами As, Ge, Si, T l , Pb, P, Sb, B i . Из

бинарных стекол наиболее полно были изучены A s 2 S 3 и As2 Se3 и их часто рассматривают как прототипы халькогенидных стекол. Исследовались также системы, представляющие собой смесь бинар­ ных соединений, такие, как As2 Se3 — A s 2 T e 3 и As2 Se3 — As 2 Te 3 —

— Tl2 Se. Вследствие большого разнообразия тройных и четвер­ ных систем классификация халькогенидных стекол становится затруднительной. Эта проблема усложняется еще и тем, что в аморфных системах допускается нарушение стехиометрических соотношений составных элементов. В связи с эффектом переклю­ чения (см. 7.9) были исследованы многокомпонентные стекла

произвольного

(на

первый

взгляд)

состава,

например

As 3 0 Te 4 8 Si 1 2 Ge 1 o .

Заметим, что

рассматриваемые здесь

аморфные

полупроводники, состоящие из многих элементов с различной валентностью, совсем не обязательно должны обладать свойствами более сложными, чем, например, бинарные стекла. Такие составы могут способствовать образованию полностью связанной струк­ туры с насыщением всех связей, которая приближается к идеаль­ ной случайной «решетке». Однако в многокомпонентных стеклах в отличие от стекол простого состава может более сильно прояв­ ляться тенденция к разделению фаз.

Во многих случаях, по-видимому, нет сколько-нибудь замет­ ного качественного различия между свойствами аморфных халько­ генидных полупроводников стехиометрического и нестехиометрического составов (ср. 3.16.2). Однако использование стехио­ метрических составов позволяет проводить интересное сопостав­ ление их свойств со свойствами вещества того же состава, но находящегося в кристаллической фазе. Для многих стехиометри­ ческих составов, обсуждаемых в настоящей главе, кристалличес­ кая фаза имеет слоистую структуру.

Халъкогенидние стекла

339

В пределах некоторой заданной группы элементов обычно не­ возможно получить стекла всех составов. Области стеклообразоваиия в нескольких тройных системах приведены на фиг. 7.2. В табл. 9 . 1, взятой из работы Оуэна [297], показаны области стеклообразования в некоторых других тройных системах (см. также [445]). Внутри областей стеклообразования образцы могут быть получены посредством охлаждения расплава. Образцы с составом, лежащим вне области стеклообразования, могут быть приготовлены в аморфной фазе осаждением при вакуумном испа­ рении или с помощью другой аналогичной методики. Чтобы получить стекло с составом, лежащим вблизи границы области стеклообразования, иногда используется быстрая закалка (ана­ логичная охлаждению при распылении). Для определенных экс­ периментов, в которых используются тонкие пленки, иногда це­ лесообразно получать образцы методом осаждения в вакууме даже в тех случаях, когда составы легко образуют стекла.

Отжиг халькогенидных стекол, как правило, не приводит к столь заметным изменениям свойств, как в случае аморфных Ge и Si, которые были описаны в гл. 8. Результаты, полученные для одного и того же стекла в различных лабораториях, обычно хорошо согласуются друг с другом.

Имеется несколько сообщений о влиянии примесей на элект­ ропроводность халькогенидных стекол. Иногда это влияние вполне заметно. Сообщалось, например, что добавление 1 % A g в As 2 S 3 увеличивает проводимость этого стекла при комнатной температуре на несколько порядков. Мы не думаем, что этот факт опровергает сделанное ранее утверждение о том, что аморфные полупроводники не поддаются легированию в обычном смысле г ) . Вполне вероятно, что примеси в концентрациях порядка 1 % могут видоизменять структуру (например, образовывать поперечные связи). В резуль­ тате этого может увеличиваться или уменьшаться область локали­ зованных состояний вблизи краев зон и, следовательно, изменять­ ся проводимость.

Элементы Se и Те хотя и имеют некоторые свойства, аналогич­ ные свойствам халькогенидов, но в отличие от последних содер­ жат структурные единицы с молекулярными свойствами и поэтому обсуждаются отдельно в гл. 10. Там же приводятся эксперимен­ тальные результаты по селену, содержащему малые добавки мышьяка и других элементов.

В настоящей главе мы не будем пытаться охватить всю опуб­ ликованную литературу по халькогенидным стеклам. Обзор ряда советских работ, опубликованных до 1964 г., был сделан Коло-

х ) Имеется в виду, что при введении примесей в халькогенидные стекло­ образные полупроводники локализованные состояния типа доноров или акцепторов, лежащие неглубоко в запрещенной зоне, не образуются.—

Прим. перев.

22*-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

9.1

 

 

Области стеклообразоваиия в некоторых тройных халькогенидных системах

А — В—С

[297]

 

 

 

 

X

очень

малая

область, о

малая

область, ®

средняя область,

О большая

область .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

А

в

 

Группа 1а

Группа Н а

Группа Ш а

Г р у п п а I V a

 

Г р у п п а V a

Группа

V i a

Группа

V i l a

 

 

Си

A g

Аи

Z n

Cd H g

В Ga

I n T l

Sn

Pb

P

As

Sb B i

Se Те

CI B r

I

 

S

X X X

 

X X X

X X О

X

X

X

 

® X

• ®

X ®

ф

 

 

 

 

А:

Se

О О х

О О О

О х

X . ®

О

x

®

 

® x

 

®

 

®

 

 

 

 

 

 

Те

 

 

 

 

 

 

®

 

 

 

 

 

 

 

x

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

X

 

X

О

X

 

® •

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ge

Se

 

 

 

 

X

 

x О

X

X

®

•

® x

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Те

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

®

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

®

 

 

 

 

Si

Se

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

® ®

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Те

® ®

 

Халъкогенидные стекла

341

мийцем [284]. Ниже мы остановимся лишь на некоторых послед­ них работах, касающихся электронных свойств.

9.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХАЛЬКОГЕПИДНЫХ СТЕКОЛ

У большинства халькогенидных стекол проводимость на пос­ тоянном токе вблизи комнатной температуры подчиняется соотно­ шению: а = С ехр (— Е/кТ). На фиг. 9.1 показаны некоторые

Ф и г . 9.1.

Температурная зависимость проводимости в некоторых аморфных

халькогенидных

полупроводниках,

иллюстрирующая

зависимость

вида

 

 

 

 

 

о =

С ехр

(—Е/кТ).

 

 

 

 

Жирными линиями

представлены

экспериментальные зависимости,

тонкими — их

экст­

раполяция

к

1 / Г =

0 (отметим, что истинная зависимость о от

Т может не соответствовать

 

 

 

 

 

этой

экстраполяции).

 

 

 

 

1

—

GeTe

[510]; 2

— A s . T e . - T l j S e

[ 2 4 ] ;

3 —

Ав 2 Те з [536];

4 —

k A s 2 T e 3 . A s . S e a

[ 5 1 4

] ;

5

—

A s 2 S e 3 - T l . S e

[ 2 4 ] ; 6 — 3 As.Se

^ S B j S e

" Й Т Й Г ' Г _ _ A s , S e 3

[149]; S — A s 2 S j

[ 1 4

9 ] ^

типичные графики зависимости I n о от ИТ для халькогенидов, у которых Е изменяется примерно от 0,3 эВ до более чем 1 эВ. (Хотя величина 2 Е близка к значению энергии фотонов, соответ-

Смотрите также файлы