Аморфність і стеклообразного НАПІВПРОВІДНИКИ - аморфні і стеклообразниє речовини, що володіють властивостями напівпровідників. А. і с. п. характеризуються наявністю ближнього і відсутністю далекого порядку (див. Далекий і близький порядок).
А. і с. п. за складом і структурі поділяються на халькогенідні, оксидні, органічні, тетра-едріческіе. Наїб. детально вивчені халькогенідні стеклообразниє (ХСП) та елементарні тетраедріче-ські (ЕТАП). ХСП отримують в осн. або охолодженням розплаву, або випаровуванням у вакуумі. До них відносяться Se і Ті, а також дво- і багатокомпонентні стеклообразниє сплави халькогенидов (сульфідів, селенидов в теллуридов) разл. металів (напр. As-S - Se, As- -Ge-Se-Ті, As-Sb-S-Se, Ge-S-Se, Ge-Pb-S). ЕТАП (аморфні Ge і Si) отримують найчастіше іонним розпиленням в разл. водородсодержащих атмосферах або дисоціацією містять їх газів (зокрема, SiH4 або GeH4) в високочастотному розряді.
Особливості А. і с. п. пов'язані з особливостями енергетичних. спектра електронів. Наявність енергетичних. областей з високою і низькою густиною електронних станів - наслідок ближнього порядку. Тому можна умовно говорити про зонної структурі некрісталліч. речовин (див. Зонная теорія). Однак разупорядо-ченность структури призводить до появи доповнить. дозволених електронних станів, щільність яких брало спадає в глиб забороненої зони, утворюючи "хвости" щільності станів (рис. 1, а).
Мал. 1. Схеми енергетичного спектра ХСП АS2 Sе2. Області локалізованих станів заштриховані. - межі областей з високими густиною станів; - заборонена зона по рухливості.
Електронні стани в "хвостах" діляться на локалізовані і делокалізованних (струмопровідні). Різкі кордону між цими станами зв краями рухливості (і, рис. 1), відстань між ними зв. забороненою зоною (або щілиною) по рухливості (див. Неупорядковані системи).
Електропровідність. Максимуми, зумовлені дефектами структури, можуть виникати всередині щілини і перекриватися один з одним, як і самі "хвости" (рис. 1, б, в). Відповідно до цього виділяють три механізми провідності, к-які переважають в разл. температурних інтервалах: а) перенесення носіїв заряду. збуджених за край рухливості, по делок-лізов. станів. При цьому статич. провідність в широкому температурному інтервалі визначається виразом. де - фермі-енергія. б) стрибкової перенесення носіїв заряду, збуджених в локалізується. стану поблизу країв рухливості (напр. в стану між і). В цьому випадку
де W-енергія активації стрибка, 10 Ом -1 см -1. в) стрибкової перенесення носіїв по локалізується. станів поблизу на відстані, що збільшуються при зменшенні Т:
Механізми "а" і "б" більш характерні для ХСП, випадок "в" - для ЕТАП. Стрибкові перенесення носіїв проявляється в слабкій залежності провідності на змінному струмі від темп-ри; Залежно від частоти; в протилежних знаках термоедc і Холла ефекту.
Рухливість мала (10 -5 -10 -8 см 2 В -1 с -1) і залежить від напруженості електричні. поля і товщини зразка, що пов'язують або з багаторазовим захопленням носіїв на локалізується. стану, розподілені по потужність. закону, або з стрибковим переносом.
Для більшості ХСП значення s і енергія активації практично не залежать від природи і концентрації домішок (домішкові атоми виявляють макс. Валентність, віддаючи всі свої валентні електрони на освіту ковалентних зв'язків з осн. Атомами). Однак домішки перехідних металів (Ni, Mo, W, Fe) викликають появу примесной провідності (різке зростання, рис. 2). Передбачається, що її створюють d-електрони, к-які можуть не брати участь в утворенні ковалентних зв'язків. ЕТАП, зокрема аморфний Si, вдається ефективно легувати атомами Р і В.
Мал. 2. Залежності провідності аморфних напівпровідників від концентрації домішки перехідних металів.
Мал. 3. Вольтамперная характеристика халькогенідних склоподібних напівпровідників в умовах "ефекту перемикання".
Для багатьох ХСП характерний ефект перемикання - швидкий (
10 -10 с) оборотний перехід з високоомного стану (рис. 3, 1) в нізкоомное (2) під дією сильного електричні. поля> = 10 5 В * см -1. Це пояснюється як инжекцией електронів і дірок з контакту і делокализацией захоплених носіїв заряду, так і зростанням темп-ри в шнурі струму (див. Шнурування струму) .В ряді ХСП нізкоомное стан зразка зберігається тривалий час, а для повернення в високоомне стан необхідно пропустити через зразок кратковрем. імпульс струму. Цей ефект пам'яті обумовлений частковою кристалізацією ХСП в області токового шнура.
У багатьох А. і с. п. зокрема в ХСП, електронні стану в забороненій зоні є Полярон малого радіусу. Заповнення такого стану електроном супроводжується зрушенням сусідніх атомів решітки, що приводить до відмінності значень, отриманих з вимірювань міжзонного поглинання світла і енергії активації провідності.
Оптичні властивості. Край осн. поглинання світла в А і с. п. має 3 ділянки. В області високих значень коеф. поглинання T> 10 4 см -1. його залежність від частоти:. де в
10 5 -10 6 см -1 еВ -1. - оптична ширина забороненої зони. При 1,0 см -1
У більшості А. і з, п. Спостерігається значить. фотопровідність. де L - інтенсивність світла; 0,5 [n [1,0. Спектральний розподіл має максимум і пологу длинноволновую гілка; залежність має максимум в тій області Т. де
, а при зниженні темп-ри спадає спочатку експоненціально, а потім більш полого. Особливості пояснюються "прилипання" і рекомбінацією нерівноважних носіїв на локальних центрах, безперервно розподілених по енергії за певним (зокрема, за експоненціальним) законом. У ХСП спостерігаються ряд специфічних. явищ, напр. зменшення люмінесценції в процесі збудження, що корелює з явищами фотоіндуцір. електронного парамагн. резонансу (ЕПР) і фотоіндуціров. поглинання світла. Ці особливості пояснюються наявністю заряджу. дефектів, к-які при низькотемпературному освітленні стають нейтральними і парамагнітним.
Аморфний кремній. З ЕТАП наиб, вивчений гі-нізіров. аморфний Si. Водень "заліковує" обірвані зв'язки в Si, знижуючи тим самим щільність локалі-зов. станів в забороненій зоні і забезпечуючи можливість легування, а також змінює загальну структуру і весь комплекс електричні. і оптич. властивостей.
Практичне застосування А. і с. п. різноманітно. Завдяки прозорості в довгохвильовій області спектра ХСП застосовуються в оптич. приладобудуванні. Поєднання високого опору і великий фотопровідності використовується в електрофотографії, телевізійних передавальних трубках типу видикон і для виготовлення фототермопластіч. перетворювачів зображень. Ефекти перемикання і пам'яті дозволяють отримати швидкодіючі перемикачі та матриці пам'яті. Фотолегірованіе і оборотність Фотостім-муліров. зміни оптич. властивостей використовуються в светорегістрірующіх середовищах для голографії і безсрібного фотографії. Стимульоване зовн. впливами зміна розчинності ХСП лежить в основі фото-, електроно- і рентгенорезісторов, фотошаблонів і ін. Плівки аморфного Si і ін. ЕТАП перспективні для побудови сонячних батарей. а також для створення еф. електролюмінофори, електрофотографіч. пристроїв, відіконов і ін. перетворювачів зображень.
Літ .: Мотт Н. Девіс Е. Електронні процеси в некристалічних речовинах, пров. з англ. т. 1 -2, 2 видавництва. М. 1982; Костильов С. А. Шкут В. А. Електронне перемикання в аморфних напівпровідниках, К. 1978; Шкловський Б. І. Ефрос А. Л. Електронні властивості легованих напівпровідників, М. 1979; Стеклообразний сульфід миш'яку і його сплави, Кіш. 1981; Електронна теорія невпорядкованих напівпровідників, М. 1981; Аморфні напівпровідники, під ред. М. Бродські, пров. з англ. М. тисяча дев'ятсот вісімдесят два.