Описано современное состояние микроскопической теории электронной структуры и энергетических уровней ионов переходных металлов в ковалентных полупроводниках. Рассмотрена специфика примесей переходных металлов, дано теоретическое обоснование физических свойств ионов переходных металлов в полупроводниках AnBVi и АШВ1У, показаны различия в их поведении в этих системах и элементарных полупроводниках (кремнии, германии). Рассмотрены тенденции изменения свойств электронных состояний в зависимости от типа примеси и матрицы.
Для научных работников в области электронной и радиационной физики полупроводниковых материалов, полупроводниковой техники и технологии, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.
Табл. 14. Ил. 95. Библиогр: 267 назв.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В течение многих лет в литературе существовало два практически независимых способа описания электронной структуры примесей переходных металлов в полупроводниках. Один из двух подходов, восходящий к работе Бете 1929 г. [102], базировался на представлении о кристаллическом поле матрицы, слабо искажающем электронную структуру свободного иона. Этот подход был призван объяснить огромное разнообразие оптических и резонансных свойств неметаллических кристаллов, активированных переходными металлами. Теория кристаллического поля и поля лигандов была в основных своих чертах построена к началу 70-х годов. Ее общие положения описаны в монографиях Гриффита [145] и группы Сугано [244], а также в ряде отечественных книг [19, 62].
Другой подход, берущий свое начало с работ Уилсона [260, 261 ], основывается на идеологии одноэлектронной зонной теории твердых тел. Согласно данной теории атомная структура примесного иона не играет существенной роли, а важны только рассеивающие свойства этого дефекта. При соответствующем знаке амплитуды рассеяния эта примесь может образовать связанные состояния донорного или акцепторного типа. При таком описании проблема электронной структуры иона переходного металла в полупроводнике вписывается в контекст задачи о глубоких примесных уровнях. В решении этой гораздо более трудной задачи заметные успехи были достигнуты существенно позже, чем в теории кристаллического поля, причем специфика переходных элементов долгое время практически игнорировалась. Зонная теория глубоких уровней главным образом объясняла механизмы влияния примесей, создающих эти уровни, электрофизические свойства полупроводников (электропроводность, фотопроводимость, кинетику рекомбинации свободных носителей и т. п.).
Монографий по общей теории глубоких уровней существует гораздо меньше, чем руководств по теории кристаллического поля. Основные из них переведены на русский язык [45, 66]. Что же касается глубоких уровней переходных металлов, то существуют всего один монографический обзор, посвященный теоретическим аспектам этой проблемы [265], теоретический раздел в первой отечественной книге по физическим свойствам «-примесей в полупроводниках [53] и ряд статей в коллективной монографии [69].
Цель данной книги — построение теории электронной структуры примесных ионов переходных металлов в полупроводниках,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........................................................................................................ 3
Часть I
ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ТЕОРИЮ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ
Глава 1. История вопроса............................................................................. 6
Глава 2. Точно решаемые модели глубоких уровней.............................. 10
2.1. Общие положения.............................................................................. 10
2.2. Модель потенциала нулевого радиуса.......................................... 14
2.3. Модель Келдыша............................................................................... 22
2.4. Примесь с потенциалом нулевого радиуса в кейновском полупроводнике ........................................................................................... 27
Глава 3. Основные методы расчета глубоких уровней........................... 34
3.1. Кластерные методы........................................................................... 34
3.2. Метод функций Грина...................................................................... 43
3.3. Прочие методы................................................................................... 64
3.4. Многоэлектронйые эффекты и самосогласованные расчеты.......... 68
Глава 4. Химические тенденции для примесей замещения...................... 71
Часть II
ТЕОРИЯ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ ПРИМЕСЕЙ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Глава 5. Природа глубоких уровней, создаваемых d- и/-примесями ........... 78
5.1. Соединения AUIBV и АЦВУ............................................................... 78
5.2. Кремний, германий............................................................................ 87
5.3. Узкощелевые полупроводники.......................................................... 91
5.4. Другие соединения............................................................................. 94
301
Глава 6. Структура химических связей 3 кристаллах ......................................................... . ................................................. 97
6.1. Резонансы и оборванные связи ...................................................... 97
6.2. Кластерные модели ............................................................................ 102
6.3. Диаграммы Аллена ............................................................................ 110
Глава 1. Одноэлектронная теория глубоких (/-уровней ............................ 113
7.1. Точно решаемые модели .................................................................. ИЗ
7.2. Основные методы расчета глубоких d-уровней ........................... 136
7.3. Результаты одноэлектронного описания ........................................ 151
Глава 8. Многоэлектронная теория глубоких (/-уровней .......................... 154
8.1. Кристаллическое поле и поле лигандов для Зй(-примесей в полупроводниках ......................................................................................... 154
8.2. Теория примесного псевдоиона ....................................................... 161
8.3. Статистика глубоких «(-уровней ....................................................... 185
8.4. Многозарядные состояния ................................................................ 191
Глава 9. Примесные экситоиы ...................................................................... 201
9.1. Механизмы захвата электронно-дырочных пар ........................... 201
9.2. Волновые функции и квантовые числа связанных экситонов ......... 204
Глава 10. Химические тенденции для глубоких (/-уровней ...................... 21(
10.1. Тенденции, связанные с примесью ............................................... 211
10.2. Тенденции, связанные с матрицей ................................................ 21!
Часть III
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Зй?-ионов В ПОЛУПРОВОД-
НИКАХ
Глава 11. Оптические свойства примесей переходных металлов ........... 2^
11.1. Внутрицентровые переходы ............................................................. 2.
11.2. Фотоионизация. Эффективное сечение и правила отбора ............ 2
11.3. Спектральная зависимость коэффициента поглощения ............. 2
11.4. Оптические свойства связанных экситонов ................................. 2
Глава 12. Взаимодействие rf-примесей с решеткой
12.1. Полносимметричная релаксация решетки
12.2. Эффект Яна — Теллера
Глава
13. Влияние внешних воздействий на свойства (/-примесей......... 268
13.1. Гидростатическое и одноосное давление..................................... 268
13.2. Вариация химического состава матрицы.................................... 272
Глава 14. Двойные центры с участием примесей переходных металлов....... 274
14.1. Общая теория................................................................................... 274
14.2. Двойные дефекты d-примесь + вакансия....................................... 283
14.3. Донорно-акцепторные пары............................................................ 288
Список литературы........................................................................................... 293
Цена: 150руб.
