Gestörte Halbleiter
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Gestörte HalbleiterJede Störung des Idealgitters (Realstruktur) kann zusätzliche Energiezustände für Elektronen erzeugen, die oft in der verbotenen Zone liegen:
Nichtstöchiometrische Zusammensetzung Einbau von Fremdteilchen anstelle regulärer Gitterteilchen Unbesetzte Gitterplätze
Unterstöchiometrie Schottky-Fehlstellen (Atome sind zum Rand des Kristalls ausgewandert)
Zwischengitterteilchen Überstöchiometrie Frenkel-Fehlstellen (Atome sind aus den ordentlichen Gitterplätzen ausgewandert)
Grenzen des Kristalls und die Kristallitgrenzen Versetzungen (Dislokationen) Unvollständige Ordnung des Kristalls
Donator AkzeptorP, As (5e-) B, Al, Ga (3e-)
im Si, Ge (4e-)Konzentration der Fremdatome 10-6
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Dotierte (extrinsische) Halbleiter
Zusätzliche „Leitungselektronen“ (bei P, As)Zusätzliche Löcher (Ba, Al, Ga)
Überschuss-Halbleiter (Typ n) mit Donoren (P, As)
Mangel-Halbleiter (Typ p) mit Akzeptoren (B, Al, Ga)
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Die Fermi-Energie in gestörten Halbleitern
Bei 0K liegt die Fermi-Energie zwischen dem neuen Energieband und E0.
Bei hohen Temperaturen nähert sich die Fermi-Energie dem Wert Eg/2, wie in intrinsischen Halbleitern.
Die größten Unterschiede in den elektrischen Eigenschaften sind bei niedrigen Temperaturen (< 400K) zu erwarten.
In den Halbleitern mit der p-Leitung ist die Temperaturabhängigkeit umgekehrt.
Halbleiter mit der n-Leitung
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Anzahl der Ladungsträger (pro Volumeneinheit) und die elektrische
Leitfähigkeit
Kleine Konzentration der fremden Atome
(a) Große Konzentration der fremden Atome
(b) Kleine Konzentration der fremden Atome
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Der Hall-EffektHalbleiter (oder Metall) im magnetischen Feld
Ohne Feld:Die Konzentration der Elektronen entlang der y Richtung ist homogen
Im Feld:Auf die Elektronen wirkt zusätzlich die Lorentz-Kraft, die Verteilung der Elektronen entlang y ist nicht homogen, dabei entsteht ein elektrisches Feld
Lorentz-Kraft:
evBFBv
BveF
Hall-Kraft:
HEeF
Gleichgewicht:
vBEEeBve
H
H
0
Hall-Konstante:
jBE
eNR
jBRBeNjE
Nvej
HH
HH
1Das Zeichen der Hall-Konstante ist anders für n und p.
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Die IV, III-V und II-VI Halbleiter
III-VGaAs: F-43m, a = 5,653 Å
GaAs: P63mc, a = 3,912 Å, c = 6,441 ÅInAs: F-43m, a = 6,056 Å
GaSb: F-43m, a = 6,095 ÅInSb: F-43m, a = 6,487 Å
GaN: P63mc, a = 3.189 Å, c = 5.185 ÅII-VI
CdTe: F-43m, a = 6,481 Å
IVSi: Fd3m, a = 5,430 ÅGe: Fd3m, a = 5,657 Å
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Die IV, III-V und II-VI Halbleiter
GaAs: F-43m, a = 5.653 ÅInAs: F-43m, a = 6.056 ÅInSb: F-43m, a = 6.487 ÅGaP: F-43m, a = 5.450 Å
C: Fd3m, a = 3.567 ÅGe: Fd3m, a = 5.657 Å Si: Fd3m, a = 5.430 Å
-Sn: Fd3m, a = 6.489 Å
SiC: F-43m, a = 4.358 Å
ZnO: P63mc, a = 3.254 Å, c = 5.210 ÅCdSe: P63mc, a = 4.297 Å, c = 7.007 Å
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Energy gap vs. lattice parameter
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