Аморфные И Стеклообразные Полупроводники

АМОРФНЫЕ И СТЕКЛООБРАЗНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ, вещества в аморфном (стеклообразном) состоянии, обладающие рядом свойств, характерных для кристаллических полупроводников, например сильной температурной зависимостью электрической проводимости, существованием порога оптического поглощения и др. В отличие от кристаллических, большая часть аморфных и стеклообразных полупроводников слабо чувствительна к добавлению примеси (важное исключение - аморфный гидрированный кремний а-Si:Н).

Свойства некристаллических веществ, для которых характерно отсутствие дальнего порядка (смотри Дальний и ближний порядок), нельзя объяснить на основе классической зонной теории кристаллов. Однако наличие ближнего порядка приводит к тому, что некоторые особенности энергетического спектра электронов и электронных свойств оказываются подобными особенностям, характерным для кристаллических полупроводников. Аналогом запрещённой зоны служит область энергий (щель подвижности), сплошь заполненная уровнями, отвечающими локализованным состояниям. Границы щели подвижности, разделяющие локализованные и делокализованные состояния, называют порогами подвижности.

В аморфных и стеклообразных полупроводниках уровень Ферми расположен в щели подвижности; при не слишком низких температурах проводимость σ осуществляется за счёт переноса электронов или дырок по делокализованным состояниям вблизи порогов подвижности и характеризуется температурной зависимостью:

где k - постоянная Больцмана, Е_а энергия активации, σ _min - так называемая минимальная металлическая проводимость (по оценкам Мотта, σ _min порядка 200 Ом^-1см^-1). В области низких температур во многих некристаллических полупроводниках наблюдается прыжковая проводимость, обусловленная неупругим туннелированием электронов между локализованными состояниями. В халькогенидных стеклообразных полупроводниках эффективное взаимодействие между локализованными электронами может иметь характер притяжения; это приводит к их спариванию, и прыжковая проводимость, как правило, не наблюдается. В оптических спектрах поглощения аморфных полупроводников (как и кристаллических полупроводников) имеется полоса собственного поглощения, положение края которой определяет оптическую ширину запрещённой зоны, а отсутствие кристаллографического порядка приводит к размытию края (хвосты коэффициента поглощения).

Технология получения аморфных и стеклообразных полупроводников существенно дешевле, чем кристаллических. Аморфные полупроводники (а-Si:Н) используют для создания солнечных преобразователей, тонкоплёночных транзисторов и т. д., а интерес к стеклообразным полупроводникам (As₂Se₃, Si₆Te₂₄As₁₅Ge₅ и др.) в значительной степени обусловлен возможностью их использования для создания элементов памяти и переключателей на основе эффекта переключения, состоящего в быстром обратимом переходе системы между состояниями высокого и низкого сопротивления в сильных электрических полях [открыт российскими физиками Б. Т. Коломийцем, Э.А. Лебедевым (1963) и американским физиком С. Р. Овшинским (1966)].

Лит.: Шкловский Б. И., Эфрос А. Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М., 1979; Мотт Я. Ф., Дэвис Э.А. Электронные процессы в некристаллических веществах: В 2 т. 2-е изд. М., 1982.