1.4.4. Поликристаллические полупроводники.

Поликристаллические полупроводники используются в качестве подложек в некоторых типах интегральных схем. Сильно легированные поликристаллические полупроводники используются в качестве затворов в полевых МДП-транзисторах, для создания проводников взамен металлических шин. Поликристаллические полупроводники применяются также в производстве резисторов нелинейных, в солнечных батареях. Поликристаллические материалы более дешёвые, чем монокристаллические.

1.4.5. Аморфные полупроводники.

Аморфные полупроводники отличаются нарушением кристаллической структуры и наличием незаполненных связей. Это приводит к тому, что в запрещенной зоне этих полупроводников имеется большое число энергетических уровней. Подвижность свободных зарядов в этих полупроводниках крайне низкая. Механизм электропроводности – прыжковая. Использование таких материалов – крайне сложная задача. Аморфные полупроводники характеризуются высокой плотностью энергетических уровней в запрещенной зоне, которые образуются за счет того, что нарушен дальний порядок в расположении атомов и имеются незаполненные, болтающиеся связи. Плотность энергетических уровней ~10²⁰см^-3.

Аморфный кремний -Si может быть получен напылением в вакууме на стекло или низкотемпературным разложением моносилана. Из такого Si возможно изготовление солнечных батарей с КПД порядка 6-10%. Низкая подвижность свободных зарядов 0,1см²/В·с, а также слабая зависимость свойств от легирования затрудняет другие формы использования аморфного кремния. Однако, введение в Si водорода позволяет значительно улучшить свойства аморфного кремния. Водород хорошо растворяется в аморфном кремнии, замыкая при этом на себя болтающиеся связи. При этом резко уменьшается число разреженных энергетических уровней в запрещенной зоне полупроводника (10¹⁶÷10¹⁷см^-3). Гидрированный аморфный кремний (α-Si:H) можно легировать традиционными методами, придавая ему электронную и дырочную проводимость, а значит возможно создание на его основе р-n полупроводника. Гидрированный аморфный кремний получают разложением моносилана в ВЧ плазме тлеющего разряда. Удельное сопротивление 10⁷÷10¹⁰Ом·м, _З=1,5÷1,8эВ. Новым классом материалов, получаемого на основе гидрированных полупроводников является микрокристаллический кремний мк-Si:H. Получают его при большой мощности тлеющего разряда. Материал состоит из большого числа микро кристалликов, размером 6нм. _З=1,8÷1,97эВ.

1.5. Параметры полупроводниковых материалов

1. Ширина запрещенной зоны - параметр, количественно отражающий структуру энергетического спектра электронов в кристалле данного полупроводника (рис.1.1). Чем химически стабильнее данный полупроводник и чем выше его температура плавления, тем шире запрещенная зона. Значение ширины запрещенной зоны прямо определяет многие электрические и оптические свойства и параметры полупроводников (табл. 1.1):

а) температурную зависимость электропроводности и значение максимальной рабочей температуры;

б) край полосы пропускания, определяющий прозрачность полупроводника для света данной длины волны. Край полосы пропускания связан с шириной запрещенной зоны уравнением

(1.1)

где  измеряется в микрометрах (мкм);

в) длину волны света, испускаемого p-n переходом в результате излучательной рекомбинации.

2. Концентрация собственных носителей заряда (n_i). Значение концентрации собственных зарядов определяется выражением

(1.2)

где _Т = kT/e - температурный потенциал,

N_c и N_v - мало зависящие от температуры множители, в которые входят эффективные массы соответственно электронов и дырок.

Значения n_i для ряда полупроводников приведены в табл.1.3.

Таблица 1.3.

Параметры	Полупроводники
	Ge	Si	GaAs	GaP	GaSb	InP	InSb
Ширина запрещенной зоны при 298К, эВ	0,75	1,12	1,43	2,26	0,72	1,35	0,18
Концентрация свободных носителей заряда при 298К, см^–3	2,5·10^13	3·10^10	1,29·10^6	2,73	6,1·10^11	6,9·10^4	–
Подвижность электронов в слаболегированном материале при 298К, см^2/(В·с)	3900	1450	9500	190	4200	4600	78000
Подвижность дырок в слаболегированном материале при 298К, см^2/(В·с)	1900	500	450	120	1400	150	750
Относительная диэлектрическая проницаемость	16,0	12,5	13,8	10	15,7	12,1	17,72

Концентрация носителей заряда сильно зависит от температуры и радиации. Она определяет концентрацию электронов и дырок в примесном полупроводнике. Это следует из закона действующих масс:

(1.3)

3. Подвижность свободных зарядов (_n, _р). Характеризует скорость дрейфа, приобретаемую свободными носителями в электрическом поле единичной напряженности, например, 1Всм. Она имеет размерность квадратный сантиметр на вольт-секунду (см²/(В·с)). Почти все полупроводники имеют подвижность электронов _n больше, чем подвижность дырок _р (_n_р). Подвижность свободных носителей зарядов зависит от температуры окружающей среды и концентрации примесей в полупроводнике. Подвижность является параметром, определяющим быстродействие полупроводниковых приборов. Подвижность связана с коэффициентом диффузии свободных зарядов соотношением Эйнштейна:

, где _Т=Т11600 - температурный потенциал, при температуре 300К. _Т=0,026эВ.