Doped_SC_17

Gestörte Halbleiter
Jede Störung des Idealgitters (Realstruktur) kann zusätzliche Energiezustände
für Elektronen erzeugen, die oft in der verbotenen Zone liegen:
 Nichtstöchiometrische Zusammensetzung
 Einbau von Fremdteilchen anstelle regulärer Gitterteilchen
 Unbesetzte Gitterplätze
 Unterstöchiometrie
 Schottky-Fehlstellen (Atome sind zum Rand des Kristalls ausgewandert)
 Zwischengitterteilchen
 Überstöchiometrie
 Frenkel-Fehlstellen (Atome sind aus den ordentlichen Gitterplätzen ausgewandert)
 Grenzen des Kristalls und die Kristallitgrenzen
 Versetzungen (Dislokationen)
 Unvollständige Ordnung des Kristalls
Donator
Akzeptor
P, As (5e-)
B, Al, Ga (3e-)
im Si, Ge (4e-)
Konzentration der Fremdatome  10-6
1
Dotierte (extrinsische) Halbleiter
Zusätzliche „Leitungselektronen“
(bei P, As)
Zusätzliche Löcher (Ba, Al, Ga)
ÜberschussHalbleiter (Typ n)
mit Donoren (P, As)
Mangel-Halbleiter
(Typ p) mit
Akzeptoren (B, Al,
Ga)
2
Die Fermi-Energie in gestörten
Halbleitern
Halbleiter mit der n-Leitung
Bei 0K liegt die Fermi-Energie
zwischen dem neuen Energieband
und E0.
Bei hohen Temperaturen nähert
sich die Fermi-Energie dem Wert
Eg/2, wie in intrinsischen Halbleitern.
Die größten Unterschiede in den
elektrischen Eigenschaften sind bei
niedrigen Temperaturen (< 400K) zu
erwarten.
In den Halbleitern mit der p-Leitung ist die
Temperaturabhängigkeit umgekehrt.
3
Anzahl der Ladungsträger (pro
Volumeneinheit) und die elektrische
Leitfähigkeit
Kleine Konzentration der
fremden Atome
(a) Große Konzentration der fremden Atome
(b) Kleine Konzentration der fremden Atome
4
Der Hall-Effekt
Halbleiter (oder Metall) im magnetischen Feld
Ohne Feld:
Die Konzentration der Elektronen entlang der y
Richtung ist homogen
Im Feld:
Auf die Elektronen wirkt zusätzlich die Lorentz-Kraft,
die Verteilung der Elektronen entlang y ist nicht
homogen, dabei entsteht ein elektrisches Feld
Lorentz-Kraft:

 
F  ev  B
 
v  B  F  evB
Hall-Kraft:


F  eE H
Gleichgewicht:

 
 ev  B  eEH  0
EH  vB
Das Zeichen der Hall-Konstante ist anders für n und p.
Hall-Konstante:
j  Nve
j
EH 
B  RH jB
eN
1
E
RH 
 H
eN
jB
5
Die IV, III-V und II-VI Halbleiter
IV
Si: Fd3m, a = 5,430 Å
Ge: Fd3m, a = 5,657 Å
III-V
GaAs: F-43m, a = 5,653 Å
GaAs: P63mc, a = 3,912 Å, c = 6,441 Å
InAs: F-43m, a = 6,056 Å
GaSb: F-43m, a = 6,095 Å
InSb: F-43m, a = 6,487 Å
GaN: P63mc, a = 3.189 Å, c = 5.185 Å
II-VI
CdTe: F-43m, a = 6,481 Å
6
Die IV, III-V und II-VI Halbleiter
C: Fd3m, a = 3.567 Å
Ge: Fd3m, a = 5.657 Å
Si: Fd3m, a = 5.430 Å
-Sn: Fd3m, a = 6.489 Å
GaAs: F-43m, a = 5.653 Å
InAs: F-43m, a = 6.056 Å
InSb: F-43m, a = 6.487 Å
GaP: F-43m, a = 5.450 Å
SiC: F-43m, a = 4.358 Å
ZnO: P63mc, a = 3.254 Å, c = 5.210 Å
CdSe: P63mc, a = 4.297 Å, c = 7.007 Å
7
8
Energy gap vs. lattice parameter
9