ОТРИМАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВОЇ ПЛІВКИ
Теоретична частина.
Напівпровідникові матеріали займають проміжне положення між металами та діелектриками. Здебільшого промислові напівпровідникові матеріали – кремній, германій, селен, фосфід галію, арсенід галію, сульфід свинцю та ряд інших – це тверді тіла з упорядкованою, кристалічною структурою. Фізичні властивості, такі як електропровідність, фотопровідність, теплопровідність, швидкість дифузії та фазових переходів, багато в чому визначаються досконалістю структури.
Порушення структури може бути пов'язане з наявністю мікродефектів або впровадженням в кристалічні ґрати чужорідних атомів (домішок). Порушення, наприклад, викликають атоми (або іони) решітки, що знаходяться не у вузлах решітки, а поміщені в міжвузеловий простір (рис.17 а). Це можуть бути порожні вузли (вакансії), що утворилися в результаті видалення з вузла атома (або іона) – рис.17,б.
Вакансії, що виникають за рахунок відходу з вузлів на поверхню кристала атомів, називають дефектами по Шоттку. Парний дефект (вакансія плюс міжвузеловий атом, що виник за рахунок переходу атома з вузла решітки в міжвузлі) називають дефектом Френкеля.
Безлад створюють і чужорідні атоми або іони, впроваджені в кристалічну решітку і розташовані в міжвузлях (рис.17, в) або вузлах решітки, заміщаючи собою власні атоми або іони решітки (рис.17, г).
Всі ці порушення (рис.17,а-г) відіграють роль домішки і є безладом, що призводить до порушення стехіометрії.
Наприклад, якщо стехіометричний кристал хлористого натрію (діелектрик) нагріти в атмосфері парів натрію, кристал потрапить надмірну кількість атомів натрію. Іонізуючись, атоми натрію займуть катіонні вузли. Одночасно утворюються вакансії — вільні вузли намісці іонів хлору. Електрон, що звільняється при іонізації атома натрію, захоплюється вакансією, утворюючи так званий F-центр. Відношення Na/Cl стає більше одиниці, хлористий натрій стає нестехіометричним з'єднанням.
Введення кристал домішки також призводить до порушення стехіометрії.
Якщо, наприклад, в кристалічну решітку вводиться атом з валентністю більшою, ніж валентність атома, що утворює кристал, то впроваджений атом діє як донор електронів. Напівпровідник, який введена донорна домішка, називають електронним, або напівпровідником n-типу. Якщо число валентних електронів менше, ніж у атомів, що утворюють кристал, то домішкові атоми є пастками для вільних електронів та постачальниками вільних дірок. Це акцепторні домішки, і такий напівпровідник називають дірковим, або р-типу.
У бінарних напівпровідниках, таких PbO, ZnO, CdS та ін, відхилення від стехіометрії може відбуватися за рахунок власних атомів. Надлишок атомів сірки проти стехіометрії, наприклад PbS,призводить до виникнення вакансій у решітці з атомів свинцю, що призводить до появи діркової провідності. При надлишку атомів свинцю виникають дефекти Френкелю і з'являється електронна провідність.
Найбільш характерною особливістю напівпровідників є значна залежність електропровідності від температури та домішок.
Використовуючи уявлення зонної теорії твердого тіла, можна пояснити прояви електрофізичних властивостей. В основі зонної теорії лежить уявлення про енергетичну зону, як сукупність дискретних енергетичних рівнів атомів, що взаємодіють. При утворенні кристала рівні енергії атомів розщеплюються і групуються в зони дозволених енергій. Ці зони розділені забороненимиінтервалами енергій – забороненими зонами. Зони, які повністю заповнені електронами, звуться валентних зон. Зони вільні або частково заповнені електронами (рис.18) називаються зонами провідності. Введення домішки призводить до появи у забороненій зоні акцепторних чи донорних рівнів. Донорний рівень знаходиться ближче до дна зони провідності, а акцепторний рівень - до стелі валентної зони. Для переходу електрона з донорного рівня до зони провідності потрібно витратити значно менше енергії, ніж для переведення електрона з валентної зони до зони провідності (DЕD – 2