Топологічна оцінка ймовірності утворення власних точкових дефектів (стр. 7 из 9)
Домішкові центри, які можуть віддавати або, відповідно, приймати тільки|лише| один електрон і, отже, знаходитися|перебувати| тільки|лише| в двох різних зарядових станах, ми надалі називатимемо простими. З|із| сказаного вище витікає, що простий донор є такий домішковий центр, з|із| яким при завершених валентних зв'язках зв'язаний один електрон. І, аналогічно, простий акцептор є такий домішковий центр, з|із| яким при завершених валентних зв'язках| зв'язана одна дірка.
Прості донори можна охарактеризувати задавши|задаванням| найнижчий | рівень енергії E 
невідщепленого електрона (основний стан). Аналогічно, для простого акцептора можна задати один рівень енергії захопленого електрона. Такі рівні на відміну від рівнів електронів провідності, є|з'являються,являються| локальними, оскільки|тому що| електрони, що їх займають|позичають,посідають|, розташовані|схильні| безпосередньо близько від домішкових центрів. Енергія іонізації донора I 
на цій діаграмі рівна(E 
— E ). Аналогічно, енергія необхідна для занедбаності електрона з|із| валентної зони наакцептор (або, іншими словами, енергія відриву зв'язаної дірка від акцептора I 
), рівна (Е — Е 
).
Енергію іонізації домішкових атомів в кристалі можна експериментально визначити або з|із| температурної залежності постійної Холла («термічна» енергія іонізації), або із|із| спектральних залежностей коефіцієнта поглинання світла і фотопровідності («оптична» енергія іонізації).
Значення енергії іонізації атомів III і V груп в германії і кремнії, визначені з|із| оптичних вимірювань|вимірів| при гелієвих температурах. Енергії іонізації в германії мало відрізняються один від одного і близькі до 0,01 еВ|. Цей результат добре пояснюється в теорії «воднево-подібних» домішкових атомів.
Унаслідок|внаслідок| малої енергії іонізації атоми цих| елементів в германії практично повністю іонізовані|, вже починаючи|розпочинаючи,зачинаючи| з|із| температур ~10 К і вище. Енергії іонізації цих елементів в кремнії, особливо акцепторів III групи, відрізняються значно сильніше. Проте|однак| і тут (за винятком In) енергія їх іонізації невелика, і тому при температурах, близьких до кімнатних (і вище), атоми цих елементів| теж|також| іонізовані| майже повністю. З іншого боку, розчинність більшості елементів III і V груп (окрім|крім|Bi і Т1) в германії і кремнії дуже велика (наприклад, для In, Ga, P в германії вона наближається до 1021 атомів/см
). Тому, вводячи|запроваджуючи| елементи III і V груп в германій і кремній, можна в широких межах міняти|змінювати,замінювати| концентрацію електронів і дірок і, відповідно, електропровідність. Подібні домішки|нечистоти|, що створюють дрібні|мілкі| рівні енергії і здатні|здібні| входити в грати напівпровідника у великих концентраціях, ми називатимемо легуючими домішками|нечистотами|.Якщо домішкові атоми належать групі періодичної системи, яка відрізняється більше ніж на одиницю відгрупи основної речовини напівпровідника, то система локальних рівнів енергії виявляється|опиняється| складнішою. При цьому, по-перше, з'являються|появляються| два або декілька різних рівнів енергії для одного і того ж атома. І, по-друге, виникають глибокі рівні енергії.
Розглянемо|розгледимо|, наприклад, мідь, яка створює в германії| три акцепторні рівні, видалені|віддалені| на 0,04 і 0,33 еВ| від верху валентної зони і на 0,26 еВ від дна| зони провідності. Це означає|значить|, що атом міді може приєднати до себе три електрони. Приєднання першого електрона (з числа електронів, створюючи валентні зв'язки в кристалі) вимагає найменшої анергії Е 
— Е = 0,04 еВ. При цьому атом міді перетворюється| в від’ємний| іон Сu
і одночасно утворюється рухома|жвава,рухлива| позитивна дірка. Тому ми можемо, також сказати, що цей електронний перехід є відрив зв'язаної дірки від акцептора, на що необхідна анергія іонізації 0,04 еВ|. Для відриву захопленого| електрона від іона Сu і переходу|переведення,переказу| його в рухомий стан необхідна найменша енергія 0,79—0,04=0,75 еВ|, де 0,79 еВ є ширина забороненої| зони| германію (при 0 К). Аналогічно, енергія Е 
— E =0,33 еВ на цій діаграмі є приріст енергії центру при приєднанні до іону| Сu другого електрона (з числа електронів зв'язку) а перетворенні його в іон Сu 
. При цьому серед електронів| зв'язку (у валентній зоні|) утворюється друга рухома|жвава,рухлива| дірка, в ми можемо сказати, що енергія 0,33 еВ| є енергія відриву другої дірки, пов'язаної з іоном Сu . Енергія відриву електрона від іона Cu є 0,79 — 0,33 = 0,46 еВ|. І, нарешті|урешті|, енергія|, приєднання третього| електрона, тепер уже до іона Cu (або, що те ж, енергія відриву третьої дірки), рівна Е 
— E = 0,79 — 0,26 = 0,53 еВ|. При цьому утворюється іон Сu 
. Енергія відриву захопленого третього електрона є Е — Е = 0,26 еВ|. Таким чином, вузлові| атоми міді в германії є|з'являються,являються| потрійними|потроєними| акцепторами і можуть існувати в чотирьох зарядових станах: Сu 
, Сu , Cu , Сu .Число різних локальних рівнів енергії для вузлових| домішкових атомів в германії у ряді випадків узгоджується з|із| очікуваним|сподіваним| на підставі електронної структури атома і тетраедричного характеру|вдачі| валентних зв'язків в германії. Розглянемо|розгледимо|, наприклад, елементи II групи Zn і Cd. Їх атоми мають по два валентні електрони: (4s)2 і, відповідно, (5s)2. Проте|однак| для утворення завершених тетраедричних| зв'язків в германії необхідно чотири електрони. Недолік|нестача| двох електронів приводить|призводить,наводить| до утворення двох дірок, пов'язаних з цими атомами і тому вони є|з'являються,являються| подвійними акцепторами.
Елементи Мn (VII група) і Fe, Co, Ni (VIII група) всі мають на самій зовні|зовнішньо|шній оболонці по|та| два електрони| (4s)2. Мабуть|очевидно|, саме| ця пара електронів і бере участь в утворенні валентних зв'язків|в'язок|. Але|та| тоді знову для завершення валентних зв'язків не вистачає двох електронів, і атоми цих елементів теж|також| є|з'являються,являються| подвійними акцепторами.
Елементи I групи Сu, Ag|поліг|, Аu мають по одному валентному електрону: (4s), (5s) і (6s). Тому при вузловому| положенні|становищі| цих атомів з|із| ними пов'язані три дірки, і вони є|з'являються,являються| потрійними|потроєними| акцепторами. Проте|однак| у|в,біля| Аu виявляється ще і донорний| рівень, пов'язаний з можливістю|спроможністю| відщеплювання валентного електрона.
Розглянемо|розгледимо|, нарешті|урешті|, ще приклад|зразок| Ті (VI група). Він має шість валентних електронів (5s)2 (5p)4, тоді як для завершення| валентних зв'язків їх| необхідно тільки|лише| чотири. Відповідно до цього вузлові атоми теллура| створюють в германії| два донорні| рівні.
РОЗДІЛ 4. ТОПОЛОГІЧНА ОЦІНКА ЙМОВІРНОСТІ УТВОРЕННЯ ВЛАСНИХ ТОЧКОВИХ ДЕФЕКТІВ В КРИСТАЛАХ A 
B 
ЗІ СТРУКТУРОЮ NaCl
Проблема утворення власних точкових дефектів (ВТД) в напівпровідниках представляє великий науковий і практичний інтерес. Запропоновані до теперішнього часу на основі різних феноменологічних моделей оцінки ентальпії утворення вакансій [3, 6] і антиструктурних дефектів (АСД) [6] в сполуках A
B неоднозначні. Проте у ряді випадків вимагається лише виділити переважаючий тип ВТД і надалі використати експериментальні дані по інтегральній оцінці області гомогенності. Для цього необхідний порівняльний аналіз енергії утворення різних ВТД, який може бути здійснений за допомогою достатньо простих методів.