Дырки распределение в кристалле

В то же время структурные рентгенографические измерения указывают, что расстояние между противоположно заряженными ионами в расплаве остается практически таким же, как и в твердом веществе, или даже несколько уменьшается. Эти данные могут быть объяснены на основе предположения о наличии пустот, или дырок, в структуре ионного расплава. Сравнение структуры кристалла и соответствующей жидкости (рис. 27, й и б) показывает, что в жидкости сохраняется лишь ближний порядок расположения ионов, тогда как уже вторая координационная оболочка в значительной степени нарушается. Дырки в расплаве непрерывно перемещаются, образуются и исчезают, увеличиваются в размере или становятся небольшими. Средний размер радиуса дырок близок к среднему ионному радиусу. Дырки образуются вследствие теплового движения компонентов жидкости, а также возникновения вакансий при движении ионов из объема к поверхности при плавлении вещества. Распределение дырок играет важную роль в процессах переноса в расплавах. [c.89]

Разработанная Эйрингом и его учениками решеточная теория [53] применима и к описанию различных термодинамических свойств расплавов солей, включая сжимаемость [54-56]. Жидкость в этой теории трактуется как неупорядоченная решетка, где в окрестности каждой молекулы имеется хотя бы одна дырка, или вакансия. Дырки, или вакансии, могут случайным образом перемещаться по неупорядоченной решетке за счет перекосов соседних молекул в эти дырки. Ключевой особенностью решеточной теории является то, что эти вакансии можно рассматривать как газ, близкий по свойствам пару соответствующей жидкости. Таким образом, трансляционная функция состояния для вакансий соответствует идеальному газу. Поскольку. пар расплавов солей состоит из двухатомных молекул [54] МХ или смеси [55], например (МХ) в равновесии с МХ, функции состояния для вакансий включают в себя вращательные и колебательные добавки, аналогичные вращательным и колебательным функциям распределения для этих газовых составляющих. Функции распределения для неупорядоченной решетки берутся в принципе в виде функции распределения Эйнштейна для колебательных степеней свободы кристалла при эйнштейновской температуре, экспериментально определяемой в точке плавления. [c.451]

Коэффициент упаковки низкомолекулярных органических кристаллов колеблется в пределах от 0,68 до 0,80. Следовательно, даже в кристаллах относительный свободный объем составляет 20—32%. В жидкостях он может достигать 50%. При этом свободный объем жидкости и кристаллов имеет различную природу. Свободный объем, или объем пустот кристалла, обусловлен имеющимися неплотностями в упаковке ионов, атомов или молекул, а также ангармоничностью колебаний атомов относительно положений равновесия, т. е. флуктуационным объемом, В жидкостях смещаются и сами положения равновесия, что приводит к образованию микрополостей, или дырок , распределенных по объему неравномерно. Эти дырки имеют флуктуационную природу, они очень малы, но по мере повыщения температуры и приближения к температуре кипения их объем возрастает [15] V/ жидкости больще Vf кристалла того же вещества примерно на 10%, и это возрастание свободного объема достаточно, чтобы создать требуемый для текучести простор [15]. [c.122]

Если валентная зона заполнена не полностью, то кристалл является проводником. Если валентная зона заполнена полностью, но перекрывает зону возбужденных состояний, то часть электронов из валентной зоны будет переходить в зону проводимости и эти электроны станут электронами проводимости. В валентной же зоне за счет ухода электронов появляются дырки. В этом случае вещество ведет себя как проводник, его проводимость обусловлена не только наличием электронов проводимости, но и наличием дырок. Дырки ведут себя как положительные заряды. Заполнение дырки электроном при дефиците электронов равносильно передвижению положительного заряда. Эти два типа распределения электронов по энергетическим зонам характерны для металлов. [c.455]

При легировании полупроводника примесью образуются как-твердые растворы замещения, так и твердые растворы внедрения Электрическая активность примесей характеризуется в основном числом и распределением связей атома примеси с соседними атомами основного вещества. Известно, что в кристаллах со структурой типа алмаза (германий, кремний, алмаз) акцепторами являются элементы третьей группы, атомы которых устанавливают связь только с тремя из четырех окружающих их атомов и генерируют, таким образом, дырку, а донорами — элементы пятой группы, у которых после установления связей со всеми четырьмя соседними атомами остается один свободный электрон, легко переводящийся в зону проводимости. [c.163]

В несенсибилизированных кристаллах важной причиной низкого квантового выхода при образовании скрытого изображения служит захват положительных дырок атомами серебра скрытого изображения или рекомбинация атомов брома и серебра. Химическая сенсибилизация создает эффективные ловушки для дырок на поверхности кристаллов, в результате чего электроны и дырки могут захватываться в пространственно разделенных местах электроны — на центре светочувствительности, а дырки — на распределенных по поверхности кристалла группах атомов и молекул сенсибилизатора. Это увеличивает суммарную эффективность образования скрытого изображения. Частицы сенсибилизатора обладают еще другим важным свойством. Как указывалось выше, экспериментальные данные показывают, что вероятность захвата положительных дырок атомами серебра больше вероятности захвата электронов ионами серебра. Во время освещения в кристалле может образоваться избыток ионов серебра и эквивалентное число электронов в полосе проводимости. Эти ионы и электроны могут медленно рекомбинировать с образованием атомов серебра вблизи частиц сенсибилизатора, связанных с центрами светочувствительности, в результате чего эти частицы превращаются [c.67]

Для изучения химических реакций в твердых телах были проведены химические исследования на высокочистых полупроводниковых материалах [1]. Движения атомов в полупроводниках важны не только в связи с технологическим использованием методов диффузии для образования контактов в полупроводниковых устройствах, но также и потому, что чистые и почти совершенные полупроводниковые кристаллы являются особенно хорошей средой для изучения взаимодействия примесей и зависящих от диффузии реакций в твердой фазе. При изучении химических взаимодействий между примесями было показано, что можно использовать германий и кремний в качестве среды для наблюдения в очень разбавленных твердых растворах разнообразных химических явлений, обычно связанных с водными или другими жидкими растворами. Аналогия с водными растворами хорошая, так как и полупроводник, и вода при обычных температурах являются слабо ионизованными средами, причем при ионизации электроны и дырки образуются в полупроводнике так же, как водородные и гидроксильные ионы в воде. Электронно-дырочное равновесие и закон действия масс можно непосредственно применить к таким проблемам, как растворимость примеси, находящейся в равновесии с внешней фазой, ионизация примеси и распределение ее между различными местами кристаллической решетки соединения, таким же способом, который обычно используют для расчетов кислотно-щелочного равновесия, действия общего иона и т, д. Образование ионных нар в полупроводниках было детально и количественно изучено твердое вещество является отличной средой для проведения таких исследований вследствие его чистоты, отсутствия осложнений, вызываемых, например, эффектом гидратации и возможностью легко и независимо варьировать концентрации взаимодействующих ионов. [c.44]

Это означает, что появление одного избыточного иона 0 связано с удалением одного иона Fe2+ и образованием одного незамещенного узла (дырки) в подрешетке железа. Электронейтральность обеспечивается при этом переходом 2Fe + в 2Fe +. Иными словами в реальном вюстите не все октаэдрические пустоты. в подрешетке кислорода заполнены ионами железа. Часть подобных междоузлий, статистически распределенная в кристалле [190], остается вакантной. [c.463]

Недостающие электроны ( дырки ) точно так же, как и избыточные электроны, распределяются по всему кристаллу хаотически. Причем механизм, с помощью которого устанавливается это распределение, тот же, что и для электронов. Если применяется зонная модель, то говорят, что дырки перемещаются в валентной зоне. При использовании модели скачкообразно перемещающегося электрона считают, что они перескакивают от атома к атому. [c.153]

При низких температурах, т. е. после охлаждения, дело обстоит иначе. Распределение Ферми при низких температурах сужается электроны стремятся занять наиболее низкие, а дырки наиболее высокие свободные уровни. Грубо говоря, при низких температурах все уровни, располагающиеся выше уровня Ферми, будут свободными, а все уровни ниже — занятыми. В результате, как правило, примесные ионы оказываются только в одном валентном состоянии, самое большее — в двух, причем появление двух валентных состояний вместе возможно только тогда, когда положение уровня Ферми приблизительно совпадает с центром запрещенной зоны. В кристаллах без примесей положение уровня Ферми определяется собственными дефектами. Оно может изменяться в пределах, зависящих от положения уровней собственных доноров и акцепторов. При наличии примесных атомов эти пределы могут расширяться, причем примесные доноры, уровни которых располагаются выше уровней собственных доноров, повышают верхнюю границу до положения уровня примесного донора, а примесные акцепторы, уровни которых находятся ниже уровней собственных акцепторов, снижают нижнюю границу до положения уровня примесного акцептора. Отсюда вытекают интересные последствия, касающиеся возможных валентных состояний примесного атома в охлажденном кристалле. Если примесные атомы являются донорами, то их валентность может изменяться только тогда, когда их донорные уровни лежат выше самых низких собственных акцепторных уровней. Это означает, что примесь в таком случае может находиться в виде центров или F (или в виде F", если рассматривается двойной донорный уровень). Когда уровень примесного донора расположен ниже самого низкого уровня собственного акцептора, он всегда занят, т. е. атом примеси оказывается восстановленным. [c.510]

Для фотохимического изменения необходимо удаление галогена. До тех пор пока дырки будут диффундировать к поверхности частицы и выделять галоген, они рекомбинируют с электронами, и никакого свободного серебра не образуется. Исследование распределения серебра в облученных кристаллах галогенида серебра показало, что оно концентрируется в приповерхностном слое толщиной не более нескольких микрон. Далее, квантовый выход фоторазрушения в крупных кристаллах бромида серебра мал при экспозиции слабо поглощаемым светом (например, Ф 0,02 при Х=436 нм), но возрастает почти до единицы в коротковолновой области спектра, когда весь свет поглощается около поверхности. Было показано, что под действием слабо поглощаемого света весь выделяющийся бром происходит из поверхностного слоя толщиной порядка 0,3 мкм, причем квантовый выход в этой поверхностной области достаточно высок. [c.249]

Рассмотрим природу р—/г-перехода. При легировании полупроводника донорными и акцепторными примесями образуются области с электронной и дырочной проводимостью. Например, при введении в кристалл фосфида галлия примеси серы, замещающей фосфор, образуются донорные уровни, поско.1)ьку у серы на один валентный электрон больше, чем у фосфора. Когда вводится примесь цинка, замещающего галлий, то образуется акцепторный уровош., так как у цинка на один валентный электрон меньше, чем у галлия. Вносимые этими примесями избыточные электроны или дырки (недостающие электроны) при комнатной температуре являются свободными, т. е. переходят с примесных уровней в зону проводимости (электроны) или валентную зону (дырки). Стремление носителей тока к равномерному распределению по кристаллу приводит к тому, что часть электронов переходит на ближайшие акцепторы это обедняет электронами /г-область и дырками р-область. На границе раздела возникает отрицательный заряд со стороны р-области и положительный — со стороны -области (рис. VI. 15). Эти заряды создают поле, препятствующее дальнейшему движению электронов пз п- в р-область. Собственно р—/г-переход находится в том месте обедненного слоя, где уровень Ферми пересекает середину запрещенной зоны. [c.143]

Здесь речь пойдет об ионных жидкостях вблизи их температур плавления (расплавах), свойства которых весьма близки к свойствам кристаллов с дефектами структуры. Из-за сильных электростатических взаимодействий соли в значительной мере сохраняют при плавлении ближнюю упорядоченность. Ближайшими соседями катионов остаются анионы, а вторую координационную сферу образуют катионы [291]. При плавлении расстояние максимального сближения уменьшается примерно на 0,15 А, а число ближайших соседей уменьшается (например, для щелочных галогенидов от 6 до 3,5) [562]. Объемные изменения при плавлении положительны (примерно + 20% для щелочных галогенидов), что указывает на образование пустот в расплаве. Пустоты могут выступать в качестве вакантных центров, соответствующих по своим размерам ионам, примерно по одной дырке на каждые шесть ионных узлов (квазирешеточная модель расплава), или могут иметь более или менее непрерывное распределение по размерам и расположению (дырочная модель), или, наконец, дефектность структуры можно представить в виде переплетающих линий, образованных вакансиями и ионами в междоузлиях, как в неупорядоченном кристалле (теория значащих структур) [93]. Для органических солей обычно предлагаются и другие модели для описания строения расплава и сохранения в нем отдельных особенностей кристаллической структуры. Так, например, характерное для солей R NX в кристаллическом состоянии перекрывание элкильных цепей соседних ионов R4N+. как предполагается, сохраняется и в расплаве [172]. [c.240]

Таким образом, расплавленные ионные соли, во всяком случае при температурах, близких к точке кристаллизации, представляют собой ионные расплавы, которые имеют в ближнем порядке строение, в определенной мере отвечающее структуре соответствующих твердых кристаллов. Изменение объема при плавлении солей всего лишь в среднем на 10% позволяет считать, что в расплавленном состоянии, так же как и в твердом, соли имеют достаточно плотную укладку ионов. Однако наличие в расплавленных солях дополнительного свободного объема обеспечивает большую подвижность ионов, возможность некоторой перестройки ближнего порядка и возрастание количества неупорядоченных ионов при повышении температуры расплавленных солей. Свободный объем в расплавленных солях не распределен в массе расплава равномерно, а образует микрополости — дырки, появляющиеся и вновь исчезаюшле в отдельных точках расплава. По мере приближения соли к точке кипения она постепенно утрачивает черты сходства с твердым состоянием, доля свободного объема возрастает, и при критической температуре он уже играет основную роль в общем объеме вещества соли, которое в этом состоянии приобретает сходство с газами. [c.35]

Довольно естественно было бы рассматривать эту энергию Е как энергию активации, которая, будучи сообщена электрону, связанному с атомом, освобождает электрон, оставляя на его месте дырку в электронном распределении атома. Например, один электрон кремния уровня Зр перейдет на свободный уровень 3 . В действительности же эта простейщая схема никак не применима к кристаллу, уровни энергий различных атомов в котором смешаны. Тогда и прибегают к энергетическим валентным зонам (связанные электроны) или к зонам проводимости (свободные электроны). [c.130]

Электрон и дырка всегда могут быть захвачены вблизи одного места и рекомбинировать. Такова судьба большого числа пар электрон—дырка в иесенсибилизированном микрокристалле. С другой стороны, существуют четыре возможности для захвата электронов и дырок в начале освещения 1) они могут захватываться в различных местах на внешней поверхности 2) электрон может быть захвачен ионом серебра на внутренней поверхности, а дырка — ионом брома на внешней поверхности 3) электрон может быть захвачен ионом серебра на внешней поверхности, а дырка — ионом брома на внутренней поверхности и, наконец, 4) как электрон, так и дырка могут быть захвачены ионами на внутренней поверхности. В случаях 1 и 2 образуются атом серебра и атом брома, который может покинуть кристалл. В случаях 3 и 4 атом брома может диффундировать вдоль внутренней поверхности к внешней поверхности и улетучиться из последней он мо жет также рекомбинировать с атомом серебра либо вскоре, либо через значительное время после его образования, вызывая регрессию скрытого изображения. После образования небольшого числа атомов серебра последние смогут захватывать дырки, создавая тем самым четыре новые возможности 5, 6, 7 и 8, соответствующие случаям 1, 2, 3 и 4, но с той разницей, что дырка захватывается атомом серебра, а не ионом брома. Конечным результатом такого захвата является перемещение атома серебра от места захвата дырки к месту захвата электрона. Этот процесс может иметь существенное значение, поскольку он способен привести к концентрированию атомов серебра на центре светочувствительности на более поздней стадии освещения и тем самым повысить эффективность образования скрытого изображения. Распределение скрытого изображения между поверхностью и внутренностью кристалла и суммарная квантовая эффективность процесса в инди- [c.60]

Для ОСНОВНЫХ элементов решетки (М, X), из которых состоят кристаллы, это приводит к появлению поверхностного и объемного заряда точно так же, как было описано выше. Однако может возникнуть такое положение, когда примесные атомы (У), присутствующие в газе, будут поглощаться поверхностью. Если при этом примесные атомы будут образовывать локальные уровни, то при наличии пустых уровней они будут захватывать электроны (примесный атом является акцептором) или дырки, если уровни заполнены (доноры). Это обусловливает появление поверхностного заряда, который в свою очередь вызывает появление противоположного по знаку заряда, распределенного на поверхности кристалла. Подтверждением является поведение элементарных кристаллов, в которых отсутствуют побочные явления, связанные с нестехиометричностью. В то же время это свидетельствует о сложности рассматриваемых явлений. Так, например, в германии чистая поверхность обладает слабыми полупроводниковыми свойствами р-типа давление кислорода порядка 10"" —10" мм рт. ст. несколько увеличивает р-проводимость, однако при более высоких давлениях Ог эта пороводимость снова уменьшается при давлении Оа, равном 10 мм рт. ст., проводимость р-типа совсем исчезает. [c.561]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология