Влияние деформации на электропроводность полупроводников

Электропроводность твердых кристаллических тел изменяется при деформации вследствие увеличения или уменьшения (растяже­ние, сжатие) межатомных расстояний, приводящих к изменению концентрации и подвижности носителей. Концентрация носителей заряда может стать меньше или больше вследствие изменения ширины энергетических зон кристалла и смещения примесных уровней, что в свою очередь изменяет энергию активации носителей и изме­няет их эффективные массы, входящие в выражения концентрации носителей заряда. Подвижность носителей заряда меняется из-за уменьшения (увеличения) амплитуды колебания атомов при их сближении (удалении). Для металлов основным является изменение подвижности, а для полупроводников изменение концентрации но­сителей заряда, определяемое энергией активации. Ширина запре­щенной зоны может как увеличиваться, так и уменьшаться при сближении атомов, и у разных полупроводников одна и та же де­формация может вызывать как увеличение, так и уменьшение удель­ной проводимости.

Величиной, численно характеризующей изменение удельной про­водимости (удельного сопротивления) полупроводников при опре­деленном виде деформации, является тензочувствительность которая представляет собой отношение относительного изменения удельного сопротивления полупроводника к относительной дефор­мации в данном направлении.

ВОЗДЕЙСТВИЕ СВЕТА НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Световая энергия, поглощаемая полупроводником, вызывает по­явление в нем избыточного (по сравнению с равновесным при данной температуре) количества носителей зарядов, приводящего к воз­растанию электропроводности.

Поэтому суще­ствует граничная длина волны, определяемая энергией кванта, до­статочной для перехода электрона с самого верхнего уровня валент­ной зоны на самый нижний уровень зоны проводимости, т. е. равная ширине запрещенной зоны полупроводника. Отсюда по длинно­волновому краю фотопроводимости (ДКФ) можно определить ширину запрещенной зоны полупроводника (рис. 8-7). Для этого, экстра­полировав круто падающий участок кривой до пересечения с осью абсцисс, находят граничную длину волны %р и энергию квантов, обусловливающую начало фотопроводимости. Так как запрещенная зошк различных полупроводниковых веществ имеет ширину от деся­тых Хдолей электрон-вольта до 3 эВ, то фотопроводимость может обнаруживаться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой части электромагнитного спектра. Из рис. 8-7 видно, что оптическая ширина запрещенной зоны германия 0,7 эВ, пороговая длина волны равна примерно 1,8 мкм, т. е. лежит в инфракрасной области спектра. Фотопроводимость при волнах короче 1,8 мкм определяется пере­ходом электронов с более низких уровней валентной зоны на более высокие уровни зоны проводимости. На кривой рис. 8-7 показан «тепловой хвост», тянущийся до 1,9—2 мкм. Наличие «теплового хвоста» (т. е. небольшой фотопроводимости), вызываемое квантами света с энергией, несколько меньшей ширины запрещенной зоны полупроводника, можно объяснить двумя физическими явлениями:

1. Отдельные электроны могут оказаться под суммарным воздей­ствием энергии фотонов и энергии тепловых колебаний кристалли­ческой решетки. Тогда эти электроны перейдут в зону проводимости.

2. Ширина запрещенной зоны не является абсолютно постоянной, а подвержена флуктуациям, так как тепловые колебания решетки приводят к колебаниям мгновенной локальной плотности в объеме кристалла и, следовательно, к изменению мгновенных расстояний между атомами, от которых она зависит. Фотон энергией hv < W, поглощенный в том месте объема кристалла, где мгновенная ширина запрещенной зоны меньше средней, возбуждает пару электрон —

Ловушки захвата. Кроме рекомбинационных ловушек, в запре­щенной зоне полупроводника существуют уровни, которые могут захватывать только один какой-либо тип носителей. Такие уровни называют ловушками захвата. Носитель заряда, находящийся на таком уровне, через некоторое время освобождается и снова уча­ствует в электропроводности. Этот процесс может повторяться. Ловушки захвата обычно расположены вблизи границ запрещенной зоны