Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
СЕГНЕТОПОЛУПРОВОДНИКЙ

СЕГНЕТОПОЛУПРОВОДНИКЙ

СЕГНЕТОПОЛУПРОВОДНИКЙ - кристаллы. обладающие одновременно сегнетоэлектрич. <и полупроводниковыми свойствами. В С. при определённых темп-рах и в отсутствиевнеш. электрич. поля существует спонтанная электрич. поляризация (электрич. <дипольный момент Р), к-рая может существенным образом изменяться под влияниемвнеш. воздействий (внеш. электрич. поле, давление, темп-pa). Спонтаннаяполяризация возникает при определённой темп-ре Т _к (точкаКюри), при к-рой происходит фазовый переход из параэлектрич. неполярнойфазы в сегнетоэлектрич. полярную фазу (см. Сегнетоэлектрики).

Сегнетоэлоктриками являются полупроводники группы A^IV B^VI,обладающие малой шириной запрещённой зоны ~ 0,1-0,3 эВ. К ним относятся GeTe, SnTe, потенциальный С. РbТе ( Т _к О К, см. ниже) и твёрдые растворы на их основе (см. Полупроводниковыематериалы). Электропроводность этих кристаллов при комнатной темп-ре( Т =300 К) составляет -10⁵ Ом ^-1*см ^-1 при холловской подвижностиносителей заряда = 5*10¹ - 5*10² см ²/В*с. Темп-pa КюриС. A^IV B^VI зависит от концентрации свободных носителейзаряда. В кристаллах SnTe, к-рые из-за высокой плотности вакансийSnимеют дырочную проводимость с высокой концентрацией дырок, Т _к понижается вплоть до О К при увеличении концентрации дырок до 1,3*10²¹ см ^-3. В С. с высокой проводимостью экранирование спонтаннойполяризации свободными носителями не позволяет проводить её прямых измерений.

С. группы A^V B^VI C^VII имеют большуюширину запрещённой зоны (эВ). При см ²/В*сони характеризуются малой проводимостью Ом ^-1*см ^-1 и обладают заметной фотопроводимостью.

Высокоомными полупроводниками с примесной проводимостью являются Сегнетоэлектрикисо структурой перовскита (эВ). Так, ВаТiO₃ с примесями редкоземельных ионов может иметьпроводимость до 10^-1 Ом ^-1*см ^-1 при см ²/В*с, в то время как при отсутствии примесей Ом ^-1*см ^-1. Относительно высокой проводимостью, связаннойс вакансиями Рb, обладают кристаллы РbТiO₃. Кристалл SrТiO₃ (как и РbТе) рассматривается как потенциальный (виртуальный) С.,т. е. при снижении Т вплоть до О К этот кристалл приближается кфазовому переходу в сегнетоэлектрич. состояние, но переходне успевает произойтипри реальных темп-pax. Для чистых кристаллов Ом ^-1*см ^-1. Легиров. кристаллы имеют проводимостьдо 1Ом ^-1*см ^-1 при см ²/В*с. Кристаллы SrTiO₃ с концентрацией носителей~10¹⁹-10²⁰ см ^-3 становятся сверхпроводящимипри Т =0,3-0,5 К (см. Сверхпроводники).

Сегнетоэлектрик LiNbO₃ с широкой запрещённой зоной имеетпроводимость Ом ^-1*см ^-1, т. е. является типичным изолятором. Однакопри сильном легировании (напр., Fe) а может достигать 10^-7 Ом ^-1*см ^-1 при см ²/В*с. <Легиров. кристаллы обладают заметной фотопроводимостью. Нек-рые характеристикиС. приведены в табл. К С. можно отне

сти также кристаллы Ag₃AsS, Sn₂P₂S₆,TlGaSe₂. Для всех С. связь электронной подсистемы с сегнетоэлектрич. <свойствами приводит к небольшим изменениям в точке фазового перехода величин

Некотопые характеристики сегнетополупроводииков

Фотоэлектрические свойства. Взаимосвязь сегнетоэлектрич. и полупроводниковыхсвойств приводит к ряду фотоэлектрич. эффектов. Так, при освещении С. наблюдаетсясдвиг Т _к (ВаТiO₃, SbSI) до 1% от величины Т _к. При этом наблюдаются и изменения температурной зависимостидиэлектрич. проницаемости в области фазового перехода (фотогистерезисныйэффект). Поскольку свободные носители в С. экранируют спонтанную поляризациюи оказывают тем самым сильное влияние на доменную структуру, то генерациясвободных носителей при освещении С. может приводить к изменению его доменнойструктуры (фотодоменный эффект).

При однородном освещении в С. возникает стационарный электрич. ток (см.Фотогальванический эффект). Для света с линейной поляризацией токв кристалле j_i пропорц. интенсивности света I:где е _k, e_l - компоненты единичного вектораэлектрич. поля световой волны. Тензор отличен от 0 во всех кристаллах без центра инверсии (см. Симметрия кристаллов), но, как правило, особенно большую величину он имеет в сегнетоэлектриках. <В освещённом С. возникает фотоэдс, к-рая достигает больших значений. Так, <в кристаллах LiNbO₃ она соответствует электрич. полям Е ~10⁴ -10⁵ В/см.

При локальном освещении С. фотогальванич. эффект и(или) диффузия приводятк переносу возбуждённых носителей на периферию светового пучка, где происходитзахват носителей ловушками. В результате создаётся объёмный заряд, полек-рого за счёт электрооптич. эффекта приводит к изменению показателей преломлениякристалла (фоторефрактивный эффект).

Сегнетокерамика. В полупроводниковых керамиках (на основе легированногоВаТiO₃ и др.) взаимное влияние сегнетоэлектрич. и полупроводниковыхсвойств проявляется в положит. температурном коэф. сопротивления (ПТКС).Сопротивление керамики при изменении Т резко уменьшается (до 6 порядков)в узкой области Т при фазовом переходе в сегнетоэлектрич. фазу. <Объяснение основано на представлении о Шоттки барьерах на границахзёрен с относительно высокой проводимостью, к-рые разделены изолирующим запорным слоем. В области фазового перехода резко возрастает диэлектрич. <проницаемость, что приводит к уменьшению высоты барьера и соответственнок экспоненциальному уменьшению сопротивления образца.

В керамике, состоящей из зёрен с полупроводниковой проводимостью и тонкихизолирующих слоев, наблюдается увеличение эфф. диэлектрич. проницаемости на низких частотах. Кроме того,изменяется при приложении слабых электрич. полей Е, что связанос зависимостью от поля Е толщины обеднённого слоя.

Применение. С., обладающие фоторефрактивным эффектом, используются длязаписи и обработки оптич. сигналов. Сегнетокерамика с эффектом ПТКС применяетсядля создания приборов в системах теплового контроля и в измерит. технике. <Полупроводниковая Сегнетокерамика с тонкими межзёренными прослойками используетсяв конденсаторах большой ёмкости. Высокоомные С. применяются в гибридныхструктурах, где возможно управление проводимостью полевого транзистора в канале исток- сток путём переключения спонтанной поляризации в сегнетоэлектрич. <затворе. Возможно использование переключения сегнетоэлектрич. доменов вплёнках для создания энергонезависимых устройств памяти с высокой ёмкостьюи высоким быстродействием (технология таких устройств совместима с кремниевойтехнологией).

Лит.: Фридкин В. М., Сегнетоэлектрики - полупроводники, М., 1976;его же, Фотосегнетоэлектрики, М., 1979; Л а й н с М., Гласс А., Сегнетоэлектрикии родственные им материалы, пер. с англ., М., 1981; Б а р ф у т Д., ТейлорД., Полярные диэлектрики и их применения, пер. с англ., М., 1981. В. <В. Леманов.