Диффузионно-дрейфовое соотношение для прыгающих по трехзарядным точечным дефектам электронов в разупорядоченных полупроводниках

Abstract

Выведено соотношение Нернста-Таунсенда-Эйнштейна-Смолуховского для аналитического расчета от ношения коэффициента прыжковой диффузии к дрейфовой прыжковой подвижности. Учитывается прыжковая миграция как одиночных электронов, так и пар электронов (биполяронов) между собственными точечными трехзарядными (-1, 0 и +1 в единицах элементарного заряда) дефектами одного сорта в однородно разупорядоченных полупроводниках. Увеличение числа электронов, квазилокализованных на трехзарядном дефекте, увеличивает его энергию для дефекта с положительной энергией корреляции («жесткого» дефекта, или t-дефекта) и уменьшает его энергию для дефекта с отрицательной энергией корреляции («мягкого» дефекта, или s-дефекта). Считается, что трехзарядные дефекты случайно (пуассоновски) распределены по кристаллу и прыжки одиночных электронов происходят только между дефектами в зарядовых состояниях (-1), (0) и (0), (+1), а биполяронов между дефектами в зарядовых состояниях (-1) и (+1). Учтены величины разброса уровней энергии трехзарядных дефектов вследствие флуктуаций электростатической потенциальной энергии, порождаемой ионами как трехзарядных дефектов, так и ионами водородоподобных доноров. Рассчитаны зависимости отношений величины коэффициента прыжковой диффузии к прыжковой дрейфовой подвижности от абсолютной температуры в однородно разупорядоченных кристаллах кремния для концентрации трехзарядных дефектов 5⋅10 19 см-3. Считалось, что трехзарядные дефекты компенсированы водородоподобными донорами со степенью компенсации 0.5