Puslaidininkių plėvelių cheminis nusodinimas ir tyrimas

Ištrauka

PUSLAIDININKIŲ PLĖVELIŲ CHEMINIS NUSODINIMAS IR TYRIMAS

Teorija:
Grynuose puslaidininkiuose (pvz., Si, Ge), sužadinus kovalentinėse jungtyse lokalizuotus
valentinius elektronus į laidumo energetinę juostą, valentinėje energijų juostoje lieka
nesukompensuoti teigiami krūviai, kurie vadinami skylutėmis. Laidumas elektros srovei susideda iš
elektronų laidumo juostoje judėjimo link teigiamo elektros lauko poliaus ir skylučių valentinėje
juostoje judėjimo priešinga kryptimi. Tai puslaidininkiai su savituoju laidumu arba grynieji
puslaidininkiai.
Įvedus į puslaidininkį priemaišų (pvz., P, As, Sb arba B, Ga, In į Si ar Ge), jos sukuria diskretinius
donorinius ar akceptorinius lygmenis, kurių energija yra draustinių energijų juostoje (energijų plyšyje
tarp juostų), atitinkamai netoli laidumo ar valentinės juostų. Tokiu atveju, sužadinti elektronus iš
valentinės juostos į akceptorinius lygmenis arba iš donorinių lygmenų į laidumo juostą yra žymiai
lengviau, negu per visą draustinę juostą. Todėl priemaišinio puslaidininkio laidumas žemose
temperatūrose yra didesnis, negu gryno. Elektronai, esantys donoriniuose lygmenyse ar perėję dėl
sužadinimo į akceptorinius lygmenis, nesukuria laidumo elektros srovei. Laidumą suteikia arba
elektronai, sužadinti iš donorinių lygmenų į laidumo juostą (n-tipo priemaišinis laidumas, n-tipo
priemaišinis puslaidininkis) arba skylutės, atsiradusios valentinėje juostoje dėl dalies elektronų
sužadinimo į akceptorinius lygmenis (p-tipo priemaišinis laidumas, p-tipo priemaišinis puslaidininkis).
Ši sužadinimo energija vadinama donorinių ar akceptorinių lygmenų aktyvacijos energija (Ed, Ea).
Metaluose krūvio nešėjų (elektronų) koncentracija yra praktiškai pastovi, todėl jų laidumas keliant
temperatūrą mažėja dėl krūvininkų judrumo mažėjimo. Puslaidininkiuose ir dielektrikuose ni
(elektronų laidumo juostoje ir skylučių valentinėje juostoje skaičius) keliant temperatūrą didėja
eksponentiškai, todėl taip pat kinta ir jų laidumas. Priemaišiniams puslaidininkiams žemose
temperatūrose dominuoja priemaišinis p ar n tipo laidumas su nedidele aktyvacijos energija, kuris
prie tam tikros temperatūros įsisotina, sužadinus visus akceptorinius ar donorinius lygmenis. Toliau
keliant temperatūrą, pradeda dominuoti ir eksponentiškai didėti savas laidumas.
Metaluose draustinės juostos plotis lygus 0, kadangi užpildytoji ir neužpildytoji elektronais juostos
persikloja tarpusavyje (valentinė juosta – tai ta pati laidumo juosta). Valentinė juosta užpildyta
pilnai, bet atstumas iki kitos laisvos juostos mažas (mažiau 5 eV) – puslaidininkiai. Absoliutinio
nulio temperatūroje valentinė juosta užpildyta pilnai, laidumo juosta tuščia ir elektrinis laidumas
lygus nuliui. Didėjant temperatūrai, eksponentiškai didėja elektronų šiluminių šuolių skaičius,
vadinasi, didėja elektronų skaičius laidumo juostoje ir skylučių – valentinėje. Didėjant
temperatūrai, puslaidininkių laidumas stipriai didėja, mažėjant jai, laidumas mažėja ir esant T=0 K
savasis laidumas lygus 0.
Valentinė juosta užpildyta pilnai, atstumas iki kitos tuščios juostos didelis, laidumo juosta tuščia –
dielektrikai.
Elektrinis kristalų laidumas apibūdinamas valentinės juostos užpildymo laipsniu ir jos atstumu iki
kitos tuščios juostos. Energija, dėl kurios puslaidininkyje atsiranda laisvųjų krūvininkų,
vadinama aktyvacijos energija. Gryną puslaidininkį įjungus į elektros srovės grandinę, laisvieji
elektronai juda prieš lauko kryptį, o skylės – lauko kryptimi. Toks laidumas vadinamas savituoju.
Kristalografinės plokštumos Milerio indeksai – tai trys neturintys bendro daliklio sveikieji skaičiai,
kurie proporcingi atvirkštinėms koordinatėms taškų, kuriuose kristalografinė plokštuma kerta
kristalografines ašis.Brego difrakcija yra aiškinama konstruktyvia bangų, atsispindėjusių nuo
skirtingų kristalinės gardelės plokštumų, interferencija. Konstruktyvios
interferencijos sąlygos yra apibrėžiamos sąryšiu, vadinamu Brego dėsniu:
1 pav.: Rentgeno spinduliuotės spektro matavimas, panaudojant Brego sąlygą: kristalas ir
detektorius vienu metu sukami taip, kad į detektorių pataikytų tik atsispindėjusi nuo kristalo
paviršiaus spinduliuotė.
Darbo tikslai: chemiškai nusodinti ant stiklo puslaidininkinių junginių PbS ir
CdS plėveles ir iš laidumo priklausomybės nuo temperatūros bei šviesos absorbcijos spektrų
apskaičiuoti...