Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 34
Текст из файла (страница 34)
никогда ис м б дефицита валснтных электронов, координац число всегда меньше чысла валснтных электронов В результате локализованные (двухцентровыс) ковалентные связи образуются только в нек-рых крисгаллографич направлениях, в других же наблюдается делокализация связывающих орбиталей (в металлах имеет место объемная делокализация) Поэтому простые в-ва с полуметаллич св-вами в периодич системе хим элементов располагаются правее границы Цинтля (см Пояуяроводники) Типичные их представители — графит, а-Аз, а-8Ь, Вз Из др простых в-в ыолуметаллич св-вами обладают Ро н Аг Сложные в-ва, включающие простые П, также могут обладать полуметаллич св-вами, если в их структуре сохраняется слоистосчь «анионообразователя», в качестве к-рого выступает П Таковы нек-рые арсениды переходных металлов, антимониды ы висмутиды Однако этот класс в-в еще недостаточно изучен Применение П до недавнего времени было ограниченныч в научной практнке-для регистрации переходов диэлектрик †мета в сильных маги полях (датчики напряженности маги поля), в металлургии †качестве присадок.
Обнаружено, что мн соед Аз ы ЗЬ с металлами (арсениды и антимониды) †перспективн полупроволниковые материалы В связи с этим интенснфицировалось их исследо- ванне н резко выросло произ-во Загае Браллт Н Б Момачаа В В Полуметатлм М, 1979, Угал Я К Неоргаллес ааа а«мал М 1989 Я А Зим В 3 Алака« ПОЛУПРОВОДНИКИ, в-ва, характеризуюп,неся увеличением электрич проводимости с ростом т-ры Хотя часто П определяют ьак в-ва с уд электрич проводимостью и, промежуточной между ее значениями лля металлов (о еа 10 — 1О" Ом ' см ) и для хороших диэлектриков (о ав 10 "— 1О 'о Оч ' см '), сача величина электрич проводимости не играет определяющей роли в полупроводниковых св-вах в-ва На электрич проводимость П оказывает влияние кроме т ры сильное электрич поле, давление„ воздействие оптич и ионизирующего излучения, наличие примесей и др факторы, способные изменять структуруу в-ва и состояние электронов Это обстоятельство играет решающую роль в многочисленном и разнообразном ыспользовании П Полупроводниковые св ва могут наблюдаться как в кристаллич в-вах, так и в неупорядоченных системах — твердых чорфных в-вах (стекчах) и жидкостях При этом решающим является характер хнм связы между частицами в ближнем порядке (первая координац сфера) Существуют П с любым типом хич связи, кроме чисто металлической и чисто ионной (т е ковалентной, ковалснчно-мсталлич, ковалснтно-ионной и т п ), причем ковалентная составляющая связы является обычно преобладающей Широкое практич применение получили П, являющиеся простыми в вами (Ое, 81 и др ), а также хим соединения элементов П! гр периодич системы с элементами Ч гр, напр ОаАз, ОаР, 1пАз, СОТе и т и (бинарные П ) Все такие в-ва имеют крнсталлич ре летку, подобную решетке алмаза, и наз алмазоподобными П В Ое и 81 в кристачлич состоянии ре~лизуется классич двухэлехтзпониая ковалентная связь.
образованная перекрыванием зр -гибрилных ообнталей соседних атомов (сч Гибридизация атомных ори«толей) В соответствии с сичметрией ср'-гибридных орбиталсй расгочожение атомов в первой коорлинац сфере отвечает щзавильному тетраэдру Такова жс первая координац сфера и у алмазоподобных П, однако в их структуре каждая ковалентная связь имеет ковалентно-ионный характер из-за заметной разности злектроотрицатеяьыостей соседних атомов !02 56 ПОЛУПРОВОДНИКИ Повышение т-ры, а также др. внеш. воздействия (облученне светом нлн сильное электрыч., поле) могут вызнаешь разрыв ковалентной связи, ноннзацню атомного остова н образование своб.
электрона. Этот эдектроы в условиях непрерывного обмена валснтыымн электронами между атомами крнсгалла может переходить нз ячейки в ячейку н переноснть с собой отрнцат. заряд, к-рый повсюду является избыточным, т.е. сноб. электрон становится электроном прОводимости. Недостаток электрона у разорванной ковадентной связи становится блуждаюшей по крнсталлу дыркой, с к-рой связан единичный положнт. за яд.
лектроыы проводимости н дырки — два типа своб. носнтелей зарзща в П. В идеальных кристаллах ых концентрацны равны, т. к. преврашенне одного нз валентных электронов в электрон проводнмостн нензбежыо вызывает появленне дырки. Электропроводность П. су, обусловленная злектронамя атомов данного в-ва (т. наз. собственная проводнмость), определяется помымо концентрации носителей д нх подвижностью р — отыошеныем скоросты направленного двнження, вызванного электрнч, полем (дрейфовой скоростью) рд,, к напряженности поля Е: о = едр = елрлр / Е (е — элементарный электрнч.
заряд). Подвюкность разных носнтелей в ндеальыом кристалле определяется процессами расссяння элсктроыов на тепловых колебаннях решеткн, поэтому р сильно зависит от т-ры. Прн 300 К подвижность носителей в твердых П. варьируется в широких пределах от !О' смз)с до 1О з смз)с н меньше. В реальных кристаллах прн поник.
т-рах, как правнао, преобладает рассеяные носытелей на дефектах крнсталлнч. структуры. Примесная проводимость. В реальных кристаллах нсточниками своб. носителей заряда (носнтслсй тока) м. б. дефекты красталлнч. структуры, напр.междоузельные атомы, вакансии, а также отклонения от стехнометрнч. состава. Примеси ы дефекты делятся на доноры н акцепторы. Доноры отдают в объем П. избыточные электроны, создавая электронную проводымость (д-тнпа). Акцепторы захватывают валентные электроны собств. атомов П., в результате чего образуются дырки н возннкает дырочыая проводимость (р-тнпа). Типичными донорами в бе н % являются прнмесыыс атомы элементов Н гр. (Р, Аз, ЯЬ). В узле крысталлнч решетки 4 нз 5 валентных электронов такого атома образуют ковалентыые связи с соседними атомами бе нлн %, а 5-й электрон оказывается слабо связанным с прнмесыым ионом.
Энергия ноынзацнн прнмесн мала (- 0,01 эВ в бе ы 0,04 зВ в %), поэтому уже прн 77 К в П. появляются электроны проводимости в концентрацнн, опрелеляемой содсржаныем примеси Аналогично атомы 111 гр. (В, А1, ба, 1п) — типичные акцепторы в бе н %. Дырка, к-рая остается в месте захваченного прнмссъю валентного электрона бе нлы %, очень слабо связана с прымесным лоном н прн ые очень низких т-рах легко превраш. в своб. носитель заряда (ыоснтель тока). Во мн. бинарных П.
тыла А'»В»' нсточннкамн дырок являются ваканснн атомов А'», а вакансии В»' нсточныкамы электронов проводимости. Электропровод- ность П., определяемая электронами прнмесыых атомов, наз. прнмесной проводымостью, а ввеленые определенных примесей для получения П. с разл. требуемыми св-вамн— дегнрованнем П Зоиная теория объясняет полупроводннковые св-ва твердых тел на основе одыоэлектронного приближения н распредсяеыыя электронных знергетнч. уровней в виде разрешенных н запрешенных зон (см, Твердое тело).
Энергегнч. уровни электронов, учасгвуюшых в ковалснтной связи, образуют верхнюю ыз заполненных разрешенных зон (валеытную зону). Следующая по энсргын разрешенная зона, уровни к-рой ые заполнены электронами,— зона проводимости. Эыергетнч. интервал между «днами Е, (мннымумом энергии) зоны проводимости ы «потолками Ег 103 (макснмумом) валентноы зоны наз. шнрыыой запрешенной зоны АЕ (см. рнс.).
Для разных П, шнрына запрещенной зоыы меняется в широких пределах. Так, прн Т- 0 К АЕ = О,!65 эВ в РЫе н 5,6 эВ в алмазе. О О О)Э О О Ес Ю Ез ЕЭЕЕЭЕ Валевтнаа зова (круики с пзысом дырки) и зава проволимост )крудкв с минусом-злеатраны проволвмости): Е; дна заем проводимости, Е„-вотолок валентвод зоны, ДЕ-низр ы запреыейвал зоны, В и Л-донорные и акдепторвые уровни соотмз»твенно. Тепловое движение переносит часп электронов в зону проводнмостн; в валеытной зоне прн этом появляются дырки — квантовые состояния, не занятые электроламп. Обычно электроны занимают уровни, расположенные вблнзн лыа Е, зоны проводимости, а дырки — уровнн, расположенные вблизи потолка Ер валентной зоны.
Расстояыня от этих уровней соотв. до Е, н Ер порядка энергнн теплового движения )сТ, т.е. гораздо меньше ширины разрешенных зоы ()с-постоянная Больцмаыа). Локальные нарушения ыдеальностн кристалла (прымссные атомы, вакансии н др. дефекты) могут вызвать образование разрешенных локальных уровней энергии внутри запрешеыноы зоны. Прн т-рах вблизи 0 К все собств, электроны П. находятся в валеытной зоне, целиком заполняя ее, а прнмесные электроны локааызованы вблизи примесей ылн дефектов, так что сноб. носители заряда отсутствуют. С повышением т-ры тепловое движение етвыбрасываети в зону проводимости пренм. электроны прнмесыьух атомов — доноров, поскольку энергия ноннзацнн донора меньше ширины запрещенной зоны, Коыцентрапня электронов в зоне проводимости прн этом во много раз больше концеытрацнн дырок в валентной зоне. В такых условиях электроны наз, основыымн носытелямн в П. д-тнпа, аналогично дырки-основными носнтелямы в П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
