2.2.4. Дефекты кристаллов с точки зрения зонной теории
Схема энергетических уровней бездефектного (идеального) кристалла имеет вид, представленный на рис. 2.13. Электронная структура кристаллов с
дефектами существенно отличается от идеальной. Так, если в узле отсутствует положительный ион, то такой пустой узел будет вести себя как отрицательный заряд, то есть будет отталкивать электроны, расположенные в ближайших узлах и увеличивать их энергию. При этом энергетические уровни смещаются из разрешенной зоны в выше расположенную запрещенную зону, что приводит к появлению в запрещенной зоне так называемых акцепторных уровней (рис.2.14).
Если же в узле отсутствует отрицательный ион, то его действие будет противоположным – энергетические уровни могут сместиться в ниже расположенную запрещенную зону, и в запрещенной зоне возникают разрешенные состояния, получившие название донорных уровней (рис. 2.15).
Появление в запрещенной зоне локальных уровней может быть связано также с наличием в кристалле чужеродных атомов (легирование). Валентность примесного атома, находящегося в узле, будет определяться разностью между числом валентных электронов в нем и в атоме основного вещества. Если первое число меньше второго, то такой атом будет вести себя как акцептор (схема энергетических уровней представлена на рис. 2.14). В противном случае атом примеси будет вести себя как донор (рис. 2.15).
Стехиометрические дефекты. Стехиометрическими дефектами принято называть нарушения в структуре, возникающие за счет избытка или недостатка одного из компонентов соединения по сравнению со стехиометрической формулой. Чаще всего это наблюдается при росте кристаллов вследствие требований термодинамической устойчивости дефектных структур. К таким дефектам,
в первую очередь, относятся так называемые центры окрашивания. Например, прогрев некоторых бинарных соединений в атмосфере одного из компонентов или в вакууме может приводить к характерной именно для этого соединения
полосе поглощения, а сам кристалл становится окрашенным. Прогрев в парах, как правило, приводит к появлению катионных вакансий, а прогрев в вакууме – анионных вакансий. В зонной картинке это отображается появлением в запрещенной зоне дополнительных акцепторных или донорных уровней (рис. 2.16).
На рис. 2.17 представлены показаны два различных вида рекомбинации. Так, на рис. 2.17, а) показана схема рекомбинации типа "зона-зона", которая, как правило, сопровождается излучением фотона. На рис. 2.17, б) показана рекомбинация через глубокие локальные уровни, которая чаще всего связана с непосредственной передачей выделяющейся энергии колебаниям атомов кристаллической решетки (так называемая – фононная рекомбинация).
|
