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