Аморфные полупроводниковые материалы

Основные эффекты:

1. Эффект редкого изменения удельной проводимости, под действием напряженности электрического поля – эффект переключателя «вкл-выкл»

2. Эффект запоминания тех характеристик, которые были вызваны условиями внешнего поля.

Наиболее известный – аморфный кремний – применяется с 1975г. Получается введение в Si водорода, что изменяет решетку, а, следовательно, и свойства (нарушена анизотропия)

ΔЭ=2 эВ и более, ρ=10⁸ Ом*м

Применение: для создания солнечных батарей и фотоприемников

Композиция Te(48%) – As (30%) – Si(12%) – Ge(10%) – халькогенидные стекла (S,Se,Te – VI группа – халькогены, остальные IV, V группы) сильный эффект переключения

Рис.21.

· R уменьшается на несколько порядков

· Высокая скорость переключения до 10⁸ переключ/с

Эффект памяти.

Рис.22.

При воздействии импульса тока после эффекта переключения возникает перестройка локальной структуры материала и состояние с низким сопротивлением сохраняется даже при отсутствии напряжения (переход материала из аморфного стеклообразного состояния в кристаллический) Данный эффект получил название - «эффект памяти»

Использование: ячейки памяти.

Аморфные полупроводники перспективны для передающих трубок цветного и черно-белого изображения – видиконов (использовались в космических кораблях Восток-2, Союз-3)

Для создания термодатчиков используется очень сильная зависимость

Пьезоэлектрический эффект

Открыт в 1880 году в диэлектрическом монокристалле кварца. В 1970-х обнаружен в тонких полупроводниковых монокристаллических пленках сложного состава. Прямой пьезоэлектрический эффект под силовым механическим воздействием на гранях монокристалла появляется Δφ. Обратный пьезоэлектрический эффект – в изменение размеров монокристаллов при приложении к граням Δφ используется в приборах акустоэлектроники.

Оптические эффекты

Существуют в полупроводниках при взаимодействии ЭМ излучения оптического диапазона (инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые) с электронами вещества.

Фотоэффект – изменение электрических свойств вещества под действием электромагнитного, рентгеновского и других излучений.

При облучении полупроводников электромагнитным полем с энергией фотонов ( -постоянная Планка) Может произойти: поглощение энергии веществом, пропускание, преломление, отражение электромагнитным ЭМ волны.

При поглощении происходит ионизация атомов полупроводника

В зависимости от в полупроводниках будет происходить ионизация собственных атомов полупроводника, когда

(видимое и ближнее инфракрасное излучение) или примесных атомов

(низкочастотные колебания ближнего инфракрасного излучения)

Ионизация сопровождается переходом электронов в зону проводимости.

Эффект фотопроводимости (внутренний фотоэффект) используется в фоторезисторах.

В фотодиодах, использующих p-n переход, может происходить генерация пар электрон-дырка и появление заряда на границе раздела областей с различным типом проводимости, следовательно, возникает фотоэдс

Это фотогальванический эффект. Применение: фотоэлементы, источники питания слаботочных сигналов

Наряду с генерацией пар ē-p может произойти и рекомбинация.

При рекомбинации электроны переходят на более низкий энергетический уровень с выделением энергии. Энергия передается кристаллический решетки и излучается – внешний фотоэффект.

Используются для создания: лазеров, светодиодов, люминесцентного свечения, элементов оптоэлектроники.

Арсенид галлия GaAs, антимонид индия InSb, карбид кремния SiC.

Лазеры – оптический квантовый генератор, преобразующий различные виды энергии в энергию интенсивных узконаправленных пучков ЭМ излучения оптического диапазона.

Оптоэлектроника – раздел электроники, в котором используются эффекты взаимодействия ЭМ излучения оптического диапазона f с электронами полупроводника для передачи, обработки, хранения и отображения информации. ЭМ волна имеет характеристики: амплитуда, f, плотность поляризации, направление, распространение.

Люминесценция – нетепловое излучение полупроводников, длительностью больше периода световых колебаний. Это особый вид свечения, который может вызываться разными видами воздействия. Вещества – люминофоры. Используется для преобразования невидимого ЭМ излучения в видимое. Применение: электронно-лучевые трубки, электронные микроскопы, элементы оптроники, светевые краски.