Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 35
Текст из файла (страница 35)
р-тнпа. После полной ноннзацнн всех доноров домнынрующым процессом оказывается выброс яз валеытной зоны в зону проводимости собств. электронов П Прн нек-рой т-ре нх концентрация в зоне проводнмостн стаыовытся сравнимой с концентрацией лрнмесыых электронов, а потом н во мн. раз большей. Это температурная область собств.
проводнмостн П., когда концентрацнн электронов д н дырок р практнчсскн равны. Возникновение лары электрон проводнмостн-дырка наз. генерацией носнтедей заряда. Возможен н обратный процесс-рекомбынацня носителей заряда, приводящая к возвращению электрона проводнмосты в валеытыую зону ы нсчезновеныю дырки. Рекомбннацня носителей может сопровождаться выдсленнем избыточной энергии в внле излучения, что лежит в основе полупроводниковых нсточников света н лазеров Эяекгроыы проводимости ы дырки, возникновение к-рых явнлось следствнем тепловых флуктуаций в условиях гермодннамыч, равновесия, ыаз.
равновесными носытелямн заряда. Прн наличии внеш. воздсйствня на П. (освешенне, облучение быстрыми частицами, наложеные сильного эдект.- рыч, поля) может происходить генерация носнтслсй заряда, приводящая к появлению избыточной (отыоснтельно термодннамыческы равновесной) ых концснтрацнн. Прн появлеынн в П.
неравновесных носителей возрастает чнсдо актов рекомбыыацыы н захвата электрона нз зоны проводимости на прнмесный уровень в запрещенной зоне («захвати носителей).После прекрашення внеш. воздействия коыцентрацня носителей прнблнжастся к равновесному значению. р-д-Переход в П. В объеме одного н того же П. возможно создание двух областей с разными типами и оводнлзостн, напр.
лсгнрованнем лонорыой примесью -область) н акцепторной примесью (д-область) Т к в р-областв коы- 104 центрация дырок выше, чем в л-области, происходит диффузия дырах из р-области (в исй осгаются отрицательно заряжснныс акцепторные ионы) и электронов нз в-области (в ней остаются положительно заряженные донорные ионы). На границе областей с р- и л-проводимостью образуется двойной слой пространств. заряда, и возникающая электрич. разность потенпиалов препятствует дальнейшей диффузии осн.
носителей тока. В условиях теплового равновесия полный ток через р-л-переход равен нулю. Внеш, электрич. поле нарушает равновесие, появляется отличный от нуля ток через переход, к-рый с ростом напряжения экспонснциально возрастает. Прн изменении знака приложенного напряжения ток через переход может изменяться в 10'-1О' раз, благодаря чему р-в-переход является вентильным устройством, пригодным для выпрямлсния переменного тока (полупроводниковый диод). На св-вах р — л-перехода основано применение П. в качестве разл.
рода датчиков — т-ры, давления, освещения, ионизирующих излучений (см. Радиометрия). Классификация. В соответствии с ванной теорией различие между П. и диэлектриками чисто количественное-в ширине запрещенной зоны. Условно считают, что в-ва с АЕ > 2 эВ являются диэлектриками, с !зЕ < 2 э — полупроводниками. Столь же условно деление П. на узкозонныс (АЕ(0,1 эВ) н шнрокозонные.
Важно, что один и тот же по хнм. составу материал в зависимости от внеш. условий (прежде всего т-ры и давления) может проявлять разные св-ва. Наблюдается определенная зависимость между концентрацией электронов проводимости и устойчивостью кристаллич. структуры П. В частности, алмазоподобная структура устойчива до тех пор, пока в зоне проводимости еше остаются вакантные энергетич. уровни.
Если все онн оказываются занятььчи и имеет место вырождение энергеглаческих уровней, первая координац. сфера, а за ней и весь кристалл претерпевают перестройку с образованием более плотной структуры, характерной для металлов. При этом концентрация электронов проводимости перестает расти с т-рой и собств. проводимость П. падает. Классич.
примером является олово, устойчивая полиморфная модификация к-рого (белое олово) при комнатной т-ре является металлом, а стабильное при т-рах ниже 13 С серое олово (а-Бп)-узкозонньгй П. С повышением т-ры и соответствующим изменением концентрации своб. электронов характерная для а-Бп алмазоподобная структура переходит в структуру с более плотной упаковкой атомов, свойственной металлам.
Аналогичный переход П.— металл наблюдается при высокой т-ре у бе, Рй н алмазоподобных бинарных П., к-рые при плавлении теряют полупроводниковые св-ва. В рамках ванной теории аморфные (стеклообразные и жндкис) П, можно рассматривать как немолскулярныс системы, в к-рых из-за многообразия положений и взаимных ориентаций атомов и атомных групп положения дна (по энергии) зоны проводимости и потолка валентной зоны испытывают флуктуации порядка ширины запрещенной зоны.
В силу этого среднестатнстнч. энергетич. (потенциальный) рельеф краев зон имеет сложную форму, электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне локализуются в потенц. ямах (акаплях»), разделенных разно- высокими потенц. барьерами. Проводгпиость в таких системах обусловлена спонтанным перебросом носителей тока через барьер или квантовым туннелированисм. К таким П. относятся халькогенндные стекла, сохраняющие полупроводниковые св-ва в жидком состоянии. В кристаллических П., имеющих цспочечную (Бе, Те)или слоистую структуру (нек-рые модификации Аз и БЬ), зонная структура, а следовательно, ширина запрещенной зоны различны в разных кристаллографич.
направлениях, что обусловлено неодинаковым характером хим. связи. Выделяют гомодесмические П. с высокосимметричной структурой (Сс, Б(, алмазоподобные бинарные и многокомпонентные саед.) и гетеродесмические П. (цепочечвой и слоистой структур, напр. Бе, Те, СеАА СеАзз). Сама величина собств. проводимости П, и ее температурная зависимость в разных !05 ПОЛУПРОВОДНИКИ 57 Гртааа ша ша Ча Ша уца первая гь В! Ро ы ! рэава» Цв»тл» В бинарных саед.
между элементами, расположенными левее границы Цинтля, и элементами, стоящими вправо от нее, реализуются полярные ковалентныс связи. Обычно более электроотрицат. атом наз. «анионообразователем», более электроположительный — акатнонообразователем». Эти саед. проявляют полупроводниковые св-ва в том случае, если орбнтали аннонообразователя полностью заселены электронами.
Полупроводниковые саед. подчиняются модифицированному правилу октета, согласно к-рому отношение числа л, валентных электронов, приходящихся на одну формульную единицу, к числу я, атомов элемента групп 1Ча — ЧНа равно 8. Состав таких саед. строго подчиняется правнлам формальной валентности. Нанб. интерес представляют бинарные алмазоподобные фазы, в состав к-рых входят элементы групп, равноотстоящих от гр. 1Ча. Они образуют т.
наз, изоэлсктроиные ряды Б1, Не и а-Бп, члены к-рых представляют бинарные саед., в к-рых приходится по 8 валснтных электронов на одну формульную единицу: ряд БЬ А)Р МББ ХаС! ряд бе: СаАз ХпБв СпВг ряд а-Бп: 1пБЬ СЙТс Ай! Нз перечисленных саед. большинство имеет тстраэдрнч. структуру (координац. число 4), лишь МББ и ХаС! кристаллизуются в структуре с координац. числом б, характерной для бинарных ионных кристаллов, н являются диэлектриками. Полупроводниковые саед. могут образовываться и при др. сочетаниях элементов, находящихся по разные стороны границы Цинтля (А",В", АгвВ»з' и т.п.).
106 крнсталлографич. направлениях для этих в-в (или фаз) будут отличаться. П, в периодическая система элементов. Элементы, проявляющие полупроводниковые св-ва в виде простьи в-в, расположены компактной группой в периодич. системе (в табл.
они выделены сплошной ломаной линией). Все они являются р.знемеитами, в атомах к-рых постепенно заполняются элехтронами р-орбитали. Србств. проводимость проявляется у в-в, структура к-рых допускает образование насыщ, (двухцентровых) ковалентных связей. В простых в-вах с валентными з- и р-электронами выполняется т. наз. правило октета, согласно к-рому каждый атом имеет (Б — А) ближайших соседей (М вЂ” номер группы).
Так, в П. группы 1Ча координац. число равно 4 (тстраэдр). У полупроводниковых модификаций простых в-в группы Ча — Р, Ах БЬ вЂ” координац. число равно 3, что способствует формированию слоистых структур. Б, Бе, Те (гр. Ч1а) в полупроводниковом состоянии имеют координац.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
