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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
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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
Dotierte (extrinsische) Halbleiter Zusätzliche „Leitungselektronen“ (bei P, As) Zusätzliche Löcher (Ba, Al, Ga) Überschuss-Halbleiter (Typ n) mit Donoren (P, As) Mangel-Halbleiter (Typ p) mit Akzeptoren (B, Al, Ga)
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.
Anzahl der Ladungsträger (pro Volumeneinheit) und die elektrische Leitfähigkeit Kleine Konzentration der fremden Atome • Große Konzentration der fremden Atome • (b) Kleine Konzentration der fremden Atome
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: Hall-Kraft: Gleichgewicht: Hall-Konstante: Das Zeichen der Hall-Konstante ist anders für n und p.
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
Die IV, III-V und II-VI Halbleiter C: Fd3m, a = 3.567 ÅGe: 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 ÅGaP: F-43m, a = 5.450 Å SiC: F-43m, a = 4.358 Å ZnO: P63mc, a = 3.254 Å, c = 5.210 ÅCdSe: P63mc, a = 4.297 Å, c = 7.007 Å
