ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химические связи в полупроводниковых соединениях из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" Следовательно, для соединений МХ нужно найти те перераспределения валентных электронов между атомами М и X, которые в одном случае позволяют представить это соединение как чисто ионное, а в другом — как чисто ковалентное. Чисто ионную конфигурацию можно получить, превращая атомы в противоположно заряженные ионы с таким числом зарядов, чтобы электроотрицательный атом приобрел конфигурацию благородного газа. Например, для соединения ОаАз ионная формула будет иметь вид Оа +Аз . [c.53] Для описания соединения как чисто ковалентного следует, учитывая координацию атомов в кристалле, определить возмож-н ю конфигурацию чисто ковалентной связи. Кристаллы соединения ОаАз принадлежат к структурному типу сфалерита с координационным числом 4 и тетраэдрическим расположением атомов. Тетраэдрическое распределение связей обеспечивается при спаривании электронов по формуле зрз, т. е. и атом Оа, и атом Аз путем возбуждения своих электронов на более высокие энергетические уровни, а также путем обмена электронов должны достичь электронной конфигурации зрз. [c.53] Для образования фиктивной чисто ковалентной связи необходимо, чтобы атомы приобрели заряды с другим знаком, чем заряды в ионных соединениях. [c.54] Реальная связь должна соответствовать таким значениям коэффициентов С и Сз, при которых энергия, соответствующая волновой функции Ч , была бы минимальная. [c.54] Полученная последовательность возрастания эффективных зарядов примерно соответствует последовательности возрастания разностей электроотрицательностей атомов компонентов. [c.54] Па основании этого понятию эффективный заряд не следует придавать буквального значения, а рассматривать его как некоторую экспериментально определяемую характеристику соединений, позволяющую их классифицировать. [c.55] Говоря о ковалентно-ионной связи, необходимо располагать хотя бы качественными критериями, позволяющими судить о преимущественно ионном или ковалентном характере связи. Для этого можно использовать значения радиусов и структуру образующегося соединения. Если, приписывая атомам данного соединения ковалентные радиусы, которые соответствуют их координациям в кристалле, получим сумму, идентичную экспериментально определяемым межатомным расстояниям, то можно утверждать, что это соединение преимущественно ковалентное. [c.55] Рассмотрим гомологический ряд соединений, например, А В , AiiRVi, А В . Если в этих соединениях ионная связь, то межатомные расстояния должны резко изменяться с изменением зарядов ионов если же межатомные расстояния изменяются незначительно (как это действительно имеет место), то можно считать, что связь преимущественно ковалентная. [c.55] Получение новых полупроводниковых материалов необходимо как для развития прикладной полупроводниковой электроники, так и для изучения зависимостей основных свойств от их химического состава. Сначала необходимо, очевидно, отыскать сочетание разнородных атомов, благодаря которому можно получить фазы с полупроводниковыми свойствами. Далее, изготовив достаточно большое количество таких синтетических материалов и изучив их свойства, можно попытаться установить закономерности изменения их свойств от химического состава и структуры. [c.56] В настоящей книге рассмотрены материалы, имеющие наибольшее практическое значение и наиболее перспективные. Большинство изученных материалов представляет собой бинарные соединения, которые характеризуются тетраэдрической координацией атомов и кристаллизуются в решетках типа сфалерита или вюрцита. Поэтому ограничимся предопределением состава алмазоподобных соединений. [c.56] Отметим, что принадлежность различных веществ к одному структурному типу отнюдь не означает, что характер химических связей в этих веществах идентичен. Например, полупроводниковое соединение РЬ5 принадлежит к структурному типу ЫаС1 хлорид натрия является преимущественно ионным соединением, а сульфид свинца — преимущественно ковалентным соединением. [c.56] В основе современных исследований в области кристаллохимии полупроводников лежат результаты кристаллохимических работ, выполненных в двадцатых годах. Так, Гримм и Зоммер-фельд в 1926 г. сформулировали правило, согласно которому все соединения с кристаллической решеткой, близкой к решетке алмаза, родственны алмазу не только с точки зрения тетраэдрической координации атомов, но и по типу химической связи. Для образования тетраэдрических фаз не обязательно, чтобы атомы компонентов имели одинаковое число электронов достаточно, чтобы сумма доставляемых для установления связи электронов была равна восьми. Для обеспечения этого условия в бинарном соединении АХ атомы А и X должны принадлежать соответственно к Ы-й и (8 — М-й) группам периодической системы, расположенным по разные стороны от 4-й группы. Сумма атомных номеров элементов таких соединений постоянна (см. табл. 1.12). [c.56] Располагая указанным списком бинарных соединений, можно найти их многочисленные трехкомпонентные производные [4]. [c.57] Известно, что свойства полупроводников обусловлены ковалентным характером связей между атомами, их образующими. Однако доля ковалентной связи зависит от природы атомов, в частности от числа валентных электронов и их атомного номера. [c.58] Рассмотрим полупроводниковые элементы IV группы алмаз, кремний, германий и олово. По мере увеличения атомного номера направленная ковалентная связь становится все слабее, и у олова уже намечается переход к гомеополярной металлической связи. Различие между ковалентным полупроводником и металлом заключается в следующем. В металлах участие электронов в образовании связей приводит к появлению лишь частично заполненных валентных оболочек атомов остаются пустые металлические орбиты, которые дают возможность валентным электронам переносить ток. В полупроводниковых кристаллах установление ковалентной связи приводит к заполнению орбит зрз чтобы электрон мог свободно двигаться через кристалл, его нужно перевести на более высокую орбиту. Энергия, необходимая для этого возбуждения, соответствует ширине запрещенной зоны данного материала и уменьшается по мере увеличения атомного номера элемента из-за все возрастающего влияния металлической компоненты связи. [c.58] Соотношение (1.14) позволяет определить энергию атомизации, когда энтальпия образования и энергия сублимации известны. Свободная энергия характеризует внутреннюю энергию кристалла через энтальпию и его упорядоченность через энтропию. Поэтому, хотя термодинамика и не учитывает атомистику материалов, термодинамические величины описывают разультирую-щее энергетическое состояние вещества. Процесс сублимации наиболее полно характеризует прочность связей атомов в кристалле, поскольку при этом происходит переход от сильных межатомных связей в кристалле к практически не взаимодействующим, изолированным атомам в паровой фазе. [c.59] Численные значения величины М должны быть функцией суммарного атомного номера атомов-партнеров (22) величина Р является функцией разности электроотрицательностей атомов-партнеров. [c.61] В табл. 1.15 приведены численные значения, необходимые для расчетов по этому уравнению. [c.61] Совпадение расчетных данных с экспериментальными значениями ширины запрещенной зоны следует признать вполне удовлетворительным. [c.62] Вернуться к основной статье