碲化镉的点缺陷
碲化镉的点缺陷
摘要:
碲化镉作为化合物半导体材料，其本身可以用于-
γ和X射线探测器、电阻器将、通讯设备和薄膜太阳能电池。其中，作为所谓的第三代太阳能电池，碲化镉薄膜太阳能电池已经有公司投入了产业化生产。但是，作为化合物半导体材料，点缺陷对其的影响很大，很可能引入非化学计量比，使得其性能发生改变。因此，化合物半导体的点缺陷对于其自身性能的影响十分大，要想是碲化镉真正的得到广泛的应用，就必须对其点缺陷进行全面的研究。本文简单介绍了碲化镉的本征点缺陷和外来点缺陷以及他们的相互作用。
关键字：碲化镉，点缺陷，形成能
前言:
碲化镉在室温具有1.46eV的禁带宽度，却其是直接带隙的半导体材料。因此，碲化镉作为太阳能电池器件的材料可以拥有高的吸收效率和能量转换效率。除此之外，碲化镉的碲和镉的相对原子序数比较大，因此碲化镉可以制作在室温下工作的-
γ和X射线的探测器。因此，碲化镉是一种很有前景的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体。但是，碲化镉中经常含有本征点缺陷和杂质缺陷，形成载流子复合中心，减少非平衡载流子寿命，降低器件质量。因此，为了获得高质量的器件，对于碲化镉的缺陷的研究是必不可少的。
要想通过气相法在基体上生长出高质量的复合材料，就一定需要适宜的生长环境，抑制缺陷的形成和扩散以及获得相对快速的的生长
速度。要想实现前面所诉的两点，就要限制材料生长的条件，包括温度、分压、掺杂等。因此，这样生成的复合材料虽说满足了抑制缺陷和生长速度快这两个方面，但是最终的产物将很可能不能满足器件的需要，因此需要在生长过程的后面加上热处理的步骤。
点缺陷在很大一个范围内影响着半导体材料的性能，因此对于半导体来说，点缺陷是一个十分重要的。然而，即使人们投入了大量的精力来研究半导体中的点缺陷，却还是有很多很难理解的问题没有被解决。特别是在化合物半导体中，由于本征缺陷的存在，使得化合物半导体很容易出现非本征化学计量比，使得为掺杂的化合物半导体也能表现出N型或P型半导体的特性，这使得点缺陷在化合物半导体中起到的作用更加复杂而难以研究。在晶体生长后面的热处理步骤中，就很容易产生大量的点缺陷，影响化合物半导体的电学性能。
这篇综述从热力学上概述了半导体复合材料的缺陷结构，并从试验方法上阐述了如何控制半导体复合材料的缺陷结构。文章分为两个部分，第一个部分讲的是在热平衡条件在的点缺陷，并从基本原理出发解释缺陷的统计分布、实验研究和热力学评价。第二部分讲的是在非热力学平衡条件下的点缺陷以及点缺陷的扩散。
平衡状态下的点缺陷：
对于平衡态下点缺陷的研究逐渐形成了一个基本原则，即聚焦与缺陷性能以及要对造成材料偏离平衡态的动力学和其过程要有一个初步的了解。
1. 本征点缺陷
本征点缺陷在化合物半导体中是一个特殊的存在，因为其性质、密度和他们之间的相互作用都不能被确定。本征点缺陷在化合物半导体中的扩散系数很大，在热处理对本征点缺陷密度的影响很大。但同时，点缺陷与外来缺陷与沉淀物的反应活性很大，这使得对化合物半导体的样品的淬火处理变得很复杂，并且也使得在低温下的实验研究方法变得复杂化。
通常二元化合物AB 的典型的点缺陷有空位点缺陷A V 、B V ，间隙位点缺陷I A 、I B ，替代位点缺陷A B 、B A 。对于间隙位点缺陷，非化学
计量比的状态将被引入化合物半导体中。同时，还有一些复杂的缺陷，比如说双空位B A V V 、空位替代复合缺陷A A V B 等。所有的本征点缺陷是
多价态的，所以每种缺陷都显著的增加了缺陷态。
2. 外来缺陷
对于掺杂材料来说，其缺陷的统计分布取决于化学势。在为参杂的半导体材料中引入杂质完成了费米能及和原来化合物AB 的化学势。对于共掺杂来说，会引入越来越复杂的系统，在这个系统中，离散元和施主、受主都会有相互作用。我们使用第一性能带结构方法的研究包括了共掺杂的杂质形成和参杂极限，大多数的与参杂相关的缺陷的形成能都可以通过这种方法得到。
对于碲化镉的缺陷性能的研究还是远远不够的，人们还不能完全明白化合物半导体点缺陷的性能。对于拥有很多缺陷态的复杂的缺陷系统来说，想要解释在该系统中所观察到的现象是十分困难的。不是
故意掺杂的外来缺陷是在低温下研究化合物半导体的本征点缺陷的工作更加复杂化了。本征点缺陷的强的反应活性和大的扩散系数导致了其很容易与外来缺陷复合，与外来原子形成复合体，在晶体冷却的过程中沉淀。最终，在低温下，化合物半导体的电学和光学性能主要由外来缺陷控制，本征点缺陷在其中起到的作用微乎其微。
3.实验测定碲化镉的缺陷结构
碲化镉是一种有希望作为-
γ和X射线探测器、电子器件、通讯设备和太阳能电池的材料。碲化镉也是可以通过实验测定来证明前面理论推测的正确性的可用材料。碲化镉在室温下的禁带宽度是1.5eV，他的能带宽度在宽带系和窄带隙之间，而且可以参杂成为P型和N型两种类型。其与金和锌的合金使得其的带隙可以在0~2.39eV之间可调。
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