Ізоелектронні домішки. В цьому випадку потенціал домішки складається з короткодіючого потенціалу і потенціалу, зв’язаного з реконструкцією гратки. Величина короткодіючого потенціалу повинна залежати від різниці електронегативностей домішкових і заміщених атомів. Розрахунки порівнювалися з надійним експериментом в випадку системи GaP:N ([34]; [35]; [36]). Величини енергій зв’язку електрона одержані при цьому від 1 еВ до декількох десятків міліелектронвольт при врахуванні реконструкції гратки ([31]). Експериментально встановлена енергія зв’язку електрона 50 меВ. [37] пропонує наступне загальне правило поведінки ізоелектронних домішок: легкі заміщаючі атоми з верхньої частини періодичної системи завдяки меншому атомному числу мають більшу спорідненість до електрона, ніж атоми, що заміщуються, тому вони можуть зв’язувати електрон, утворюючи ізовалентний акцептор. Важчі атоми відповідно будуть донорами. Проте слід ще врахувати і напрям реконструкції гратки: для домішок з меншим ковалентним радіусом енергія зв’язку електрона з домішкою повинна збільшуватися, внаслідок чого енергетичний рівень домішки повинен наблизитися до валентної зони. Отже, з врахуванням реконструкції азот у фосфіді галію буде дрібнішим акцептором, ніж в випадку врахування тільки короткодіючого потенціалу. Якщо ж ковалентний радіус ізовалентной домішки буде більшим, ніж радіус атома, що заміщується, то така домішка повинна проявляти донорні властивості.

Перехідні метали. Їх електронні властивості обумовлені багатоелектронною d-оболонкою. Теоретичні розрахунки електронної структури атомів перехідних металів в кристалічних гратках виконані в наближенні кристалічного поля, розвиненого для йонних систем за наявності майже вільних йонів. В цьому випадку внутрішні заповнені оболонки не перебудовуються під дією кристалічного поля і одноелектронні хвильові функції магнітних електронів мають ту ж симетрію, що і хвильові функції йонів. Ця проста модель виправдана і експериментально для сполук з високою йонністю. [31] розглянув 3d-стани домішки в діелектричному середовищі. В такому середовищі 3d-хвильові функції модифікуються кристалічним полем, тому має місце частковий перерозподіл заряду між магнітним йоном і лігандами. Хвильові функції магнітних електронів формують змішані орбіталі, включаючі збуджені 4s-, 4р-стани металу, а також стани лігандів. Якщо ці орбіталі є d-орбіталями з ідентичними радіальними частинами, то електрон-електронна взаємодія, що включає локалізовані електрони, описується тільки трьома параметрами, один з яких є мірою енергії йонізації дефекту. Експериментально встановлені енергії йонізації перехідних металів в сполуках А3В5 і А2В6 хоча і розходяться за величинами енергій (наприклад, дані [38] і [39] по арсеніду галію), проте співпадають в одному – всі перехідні метали заміщення є глибокими домішками, в основному акцепторами.

Міждовузлові атоми. Зарядний стан міждовузлових атомів є предметом дискусій в багатьох публікаціях. Адекватні теоретичні розрахунки зарядності ще не проведені. Експериментальні дослідження міждовузлових атомів не дозволяють чітко ідентифікувати їх зарядний стан і енергію йонізації.

Комплекси домішок з дефектами. Домішки, згідно різним дослідженням, охоче утворюють комплекси з дефектами. На відміну від комплексів дефектів, описаних вище, енергія утворення комплексу домішки з дефектом складається в основному з кулонівської взаємодії, дещо ослабленої поляризацією атомів. Енергії утворення таких комплексів можна знайти за зарядністю атомів, що входять в комплекси, і взаємному їх розташуванню в кристалічній гратці. Розрахунки вірогідності утворення комплексів залежно від відстані між атомами, створюючими пари, показують, що із збільшенням цієї відстані вірогідність утворення комплексів зменшується, так що концентрація пар першої координаційної сфери повинна бути максимальною ([40]).

1.11. ДЕФЕКТИ КРИСТАЛІЧНИХ ГРАТОК – ЦЕНТРИ РЕКОМБІНАЦІЇ І ПРИЛИПАННЯ В НАПІВПРОВІДНИКАХ

Дефекти кристалічних граток напівпровідника, такі як вакансії, міжвузлові атоми, домішки і т.д., створюють в забороненій зоні кристала енергетичні рівні, які залежно від значень різних параметрів (концентрації носіїв заряду, швидкості захоплення носіїв, енергетичного положення рівнів і ін.) виявлятимуться як центри рекомбінації або прилипання. Тут коротко зупинимося на деяких положеннях, які дадуть можливість визначити функції рівня для найпростішого випадку, коли він є єдиним в напівпровіднику ([41]).

У такому випадку можливі чотири процеси з участю цього рівня. Це захоплення нейтральним центром електрона із зони провідності, збудження електрона в зону провідності із заповненого центру, захоплення центром, заповненим електроном, дірки з валентної зони і збудження електрона з валентної зони в порожній центр (рис. .5, процеси а, б, в, г відповідно).

Перший процес, а саме, захоплення електронів нейтральним центр М, буде пропорційним швидкості захоплення електронів сn, концентрації електронів n в зоні провідності і концентрації порожніх центрів NM(1–fT), де NM – концентрація центрів М; fT – функція розподілу Фермі-Дірака, а другий процес, який також змінює концентрацію електронів в зоні провідності, буде пропорційним швидкості збудження еn і концентрації заповнених центрів NMfT. Тому швидкість зміни вільних електронів:

. (1.68)

Аналогічно для зміни концентрації дірок р у валентній зоні можна записати:

, (1.69)

де ср, еp – швидкості захоплення і збудження дірки відповідно.

В випадку рівноваги dn/dt=0 і dp/dt=0, і відношення швидкостей захоплення і збудження буде:

; (1.70)

, (1,71)

де ЕМ, Еі – енергетичні положення відповідно рівня М і середини забороненої зони; nі, – власна концентрація носіїв заряду; індекс „0" внизу відповідає рівноважному значенню.

Як випливає з (1.70) і (1.71), введені позначення n1 і p1 відповідають концентрації електронів і дірок в зоні провідності і