Примесные атомы в кристаллах

Кристалл идеального алмаза, который состоит из нейтральных атомов, не имеет электрического момента первого порядка, что приводит к запрету для процессов поглощения с участием одного колебания решетки. Однако, как уже отмечалось, в решетках типа алмаза в присутствии примесного атома оптически активными становятся все колебания. При этом, если в резонансных колебаниях участвует сам примесный атом, то частота и ширина резонансного поглощения убывают с возрастанием массы примеси, а высота пика увеличивается. Сдвиг полосы 1135 см до 1120 см (в алмазах, легированных изотопом 5N) таков, что отношение этих частот равно корню квадратному из приведенных масс изотопов N и N (по отношению к основному изотопу С). [c.425]

Примесное поглощение. За счет энергии падающего на кристалл света происходит также возбуждение примесных атомов. Для определения минимальной частоты, начиная с которой происходит такое возбуждение, в формулу (125) вместо ширины запрещенной зоны следует подставить значение энергии активации данной примеси. При этом очевидно, что примесное поглощение происходит при более низких частотах, чем собственное. Ясно также, что в результате возбуждения примесных атомов образуются не два носителя заряда, как это было при собственном поглощении, а один носитель и один ионизованный атом примеси. Заметим, что поскольку при обычных температурах легирующие примеси в большинстве полупроводниковых материалов практически полностью ионизованы, то поглощение света этими примесями возможно только при очень низкой температуре. Поэтому при обычных температурах примесное поглощение происходит в основном за счет ионизации ловушек, лежащих в средней части запрещенной зоны. Такая ионизация может привести к резкому изменению коэффициента рекомбинации [так как она определяет величины С и С" из уравнений (110) и (111)1. Это явление часто наблюдается на практике, причем освещение полупроводника, в котором имеются уровни прилипания, приводит к существенному уменьшению скорости процесса генерации—рекомбинации. [c.151]

Если примесный атом занимает позицию, в которой до этого находился атом кристалла, то говорят о примеси замещения. Примесный атом может также разместиться между атомами, находящимися в узлах решетки, и тогда говорят о примеси внедрения (междоузельные атомы). Если атомы в той или иной области кристалла смещены из своего идеального положения, говорят, что кристалл деформирован. Деформацию могут вызвать химические дефекты, когда посторонний атом не точно соответствует решетке и смещения частично снимаются деформацией, связанной с такими дефектами. Напряжение и термическая обработка часто вносят деформацию в кристалл. [c.25]

Введение в кристаллический кремний примесных атомов фосфора, имеющих по пять валентных электронов, также нарушает энергетическую однородность кристалла. В этих условиях каждый атом фосфора уже при сообщении ему энергии порядка 4,4 кДж/моль способен ионизироваться, перебрасывая один из своих электронов в зону проводимости и превращаясь в положительно заряженный ион. Аналогично ведут себя в кристаллах кремния и германия примесные атомы мышьяка, сурьмы и золота, обычно называемые донорными примесями. Для получения полупроводника с определенной концентрацией носителей (электронов или дырок) необходимо, чтобы количество собственных переносчиков тока в кристалле было примерно на два порядка ниже. [c.89]

Как показано на рис. III.7, примесные атомы алюминия и фосфора замещают атомы кремния в узлах решетки. Энергетическая однородность кристалла при этом нарушается. Атомы алюминия имеют лишь по три валентных электрона, что приводит к дефициту одного электрона в каждом занимаемом ими узле кристаллической решетки. Однако при сообщении атому алюминия небольшой энергии порядка 5,5 кДж/моль он захватывает недостающий электрон, превращаясь в отрицательно заряженный ион и образуя вблизи себя положительно заряженную дырку. Электрическая нейтральность кристалла при этом сохраняется. Аналогичное алюминию действие оказывают на свойства полупроводниковых кремний и германия примеси и других элементов, таких, как бор, галлий, индий, цинк, железо, марганец. Их называют акцепторными примесями. [c.80]

Наконец, большой интерес к квазилокальным колебаниям возник в связи с эффектом Мессбауэра для ядер примесных атомов. Явление Мессбауэра на примесях связано со специфичным для кристалла соотношением между переданными примесному ядру импульсом и энергией. Это соотношение определяется теми возможными движениями, в которых способен участвовать примесный атом, т. е. в конце концов характером разложения вектора смещения примеси по нормальным колебаниям дефектного кристалла. Присутствие среди нормальных колебаний кристалла большой группы колебаний с очень близкими частотами (квазистационарные волновые пакеты из таких колебаний составляют то состояние кристалла, которое и называется квазилокальным колебанием) приводит к тому, что при разложении вектора смещения примесного атома по нормальным колебаниям относительный вклад квазилокального колебания будет значительно превышать относительный вклад обычных нормаль- [c.224]

НИИ. в определенных условиях атомы примесей могут ионизироваться, существенно изменяя свойства кристалла. В качестве примера рассмотрим состояние примесных атомов алюминия и фосфора в кристаллах кремния. Кремний принадлежит к классу полупроводников и имеет ковалентную кристаллическую решетку типа алмаза (рис. 33), в которой каждый атом связан с четырьмя соседними атомами вр -гибридными электронными облаками. [c.89]

Б. Примесные атомы имеют меньшее число валентных электронов, чем замещаемые ими атомы основного соединения. По отношению к германию таким свойством обладает, например, бор, занимающий место в третьей группе Периодической системы и имеющий в валентной оболочке три электрона. Поскольку для образования насыщенной ковалентной связи в кристалле германия нужно по четыре электрона от каждого атома, примесному атому бора для этого не хватает одного электрона, и один из принадлежащих-ему разрешенных уровней энергии оказывается свободным. Этот уровень может быть заполнен, если при тепловых флуктуациях атом бора захватит недостающий электрон у одного из соседних атомов германия. В результате примесный атом бора превращается в отрицательно заряженный ион, а в валентной зоне кристалла, образуемой уровнями валентных электронов германия, возникает электронная дырка [c.35]

При имеющемся разнообразии методов теории электронной структуры кристаллов с глубокими ЛЦ наиболее перспективными являются те из них, которые а) применимы к достаточно широкому классу систем, т. е. сравнительно универсальны б) достаточно эффективны с точки зрения решения всех пяти сформулированных выше задач теории в) сравнительно просты в реализации и позволяют при относительно малых вычислительных трудностях рассматривать сразу ряд объектов, например один и тот же примесный атом в различных кристаллах или совокупность родственных примесных атомов в одной и той же матрице. [c.254]

Гл. XII. Дефекты в кристалла.к, содержащи.х примесные ато.чы двух типов [c.280]

В рассмотренных случаях, когда и примесный атом, и собственные атомные дефекты принимают или отдают только один электрон (создавая один уровень в запрещенной зоне), механизм внедрения не зависит от концентрации примесного атома, а лишь от активности компонентов основного соединения. Это хорошо видно из рис. XVI. в областях И линии неосновных и основных дефектов параллельны и, таким образом, не могут никогда пересечься, что свидетельствовало бы о появлении конкурирующего механизма внедрения. Однако если собственные атомные дефекты создают два уровня в запрещенной зоне, то картина будет иной. Например, предположим, что вакансии Ум в кристалле МХ могут действовать как двойные акцепторы. Тогда приходится рассматривать две реакции ионизации [c.447]

Рис. 2.6. Парциальные ПС примеси (1, 3) и полные ПС примесных систем (2, 4) для единичных примесей Ве (а) и Mg (б), замещающих атом бора в к-ВМ без учета (1, 2) и с учетом О, 4 решеточной релаксации кристалла центрально-симметричного типа в — парциальные ПС примеси (1, 3) и полные ПС примесной системы к-ВМ 5] (2, 4) при замещении кремнием узлов N (7, 2) или В (3, 4) подрешеток нитрида бора

Введение в кристаллический кремний примесных атомов фосфора, имеющих по пять валентных электронов, также нарушает энергетическую однородность кристалла. В этих условиях каждый атом фосфора уже при сообщении ему энергии порядка 4,4 кДж/моль способен ионизироваться, перебрасывая один из своих электронов в зону проводимости и превращаясь в положительно заряженный ион. Аналогично ведут себя в кристаллах [c.80]

Все атомные дефекты, взаимодействуя с электронами проводимости или дырками, в зависимости от их химической природы могут проявлять донорные или акцепторные свойства, аналогичные свойствам примесных атомов. Так, если внешняя электронная оболочка междуузельных атомов заполнена меньше чем наполовину, как в случае электроположительных элементов, атом склонен терять эти электроны, передавая их в зону проводимости кристалла и превращаясь в положительный ион. При этом атом действует как донор. В противном случае междуузельные атомы предпочтительнее превращаются в отрицательные ионы, играя роль акцепторов. [c.41]

В примесном полупроводнике л-типа атом примеси (донор) D ионизуется по реакции D = D+ + е , где е — электрон проводимости. Считая кристалл с примесями D и идеальным разбавленным раствором, а электроны проводимости -идеальным газом, выведите уравнение для равновесной плотности электронов проводимости. [c.31]

Например, если в кристалле кремния атом кремния, имеющий четыре электрона, заместить на атом галлия с тремя валентными электронами, то возникает примесный центр Оаз с акцепторными свойствами. Но при легировании кристалла кремния мышьяком, у которого пять валентных электронов, появляется электронная проводимость. [c.47]

Электронную проводимость можно создать или увеличить искусственным путем — введением примесных атомов других элементов в основное вещество. Этот процесс называется легированием полупроводника. Например, полупроводниковые свойства кремния (атом которого имеет 4 валентных электрона) можно улучшить введением в кристалл примесных атомов бора (3 валентных электрона) или фосфора (5 валентных электронов). Каждый атом Р вводит в кристаллическую решетку кремния одии избыточный валентный электрон, а каждый атом В как бы выводит один электрон. Недостаток одного электрона соответствует так называемой положительно заряженной дырке . Это показано па рис, 55. Дырки ведут себя так. как если бы на их месте находились электроны, но положительно заряженные. Атомы фосфора обеспечивают дополнительную электронную проводимость, и в результате образуется полупроводник и-тнпа атомы бора создают дырочную проводимость, характерную для полупроводника р-типа. [c.149]

Второй подход к исследованию хемосорбции не требует знания электронной структуры кристалла и его поверхности. Идеи, заложенные в нем, вполне аналогичны тем, которые лежат в основе изучения примесных центров или других локализованных дефектов решетки [8—11] (хемосорбированный атом тоже можно рассматривать как некоего рода дефект поверхности — центр адсорбции ). Выделяется фрагмент кристалла, содержащий дефект и его окружение (в литературе используются также термины дефектная молекула или центральная молекула ). Кластер рассматривается как молекула, а для расчета его электронной структуры применяется тот или иной метод, развитый в квантовой химии. [c.52]

Появление дефектов в кристаллических структурах может быть вызвано не только собственным, но и примесным атомом или ионом. Все кристаллы, как правило, содержат примеси. Кристаллы считаются очень чистыми, если один атом примеси приходится на 10 атомов основного вещества. С помощью специальных методов (зонная плавка) можно уменьшить это соотношение до 1 10 . В полупроводниках примеси порядка 1 атома на миллиард влияют на электрическую проводимость. Примесные атомы или ионы [c.265]

Примеси замещения заменяют частицы основного вещества в узлах решетки. Они внедряются в решетку тем легче, чем ближе атомные (ионные) радиусы примесного и основного вещества. Примеси внедрения занимают междуузлия и притом тем легче, чем больше объем пространства между атомами. Так, в плотно упакованных ГЦК-металлах меньшие по размерам примесные атомы В, С, 31, К, О внедряются в тетраэдрические или октаэдрические междуузлия или же вытесняют из узла атом и образуют с ним пару типа гантели, ориентированную вдоль <100>. В полупроводниковых кристаллах ео структурой типа алмаза или сфалерита атомы примеси легко внедряются в четыре незанятые тетраэдрические пустоты (см. рис. 102, 140 и цветной [c.309]

Процесс диффузии в кристаллах осуществляется так, что диффундирующий атом движется в определенном направлении путем перескоков в вакантные места решетки этот же процесс можно рассматривать как дрейф вакансий в противоположном направлении. Внедренные атомы и вакансии деформируют решетку, поэтому для образования вакансии рядом с внедренным атомом — собственным или примесным — требуется меньшая энергия, чем для образования ее в любом другом участке кристалла именно поэтому вакансия взаимодействует с диффундирующим атомом. [c.313]

НИХ тетраэдров через мостиковый атом кислорода (=81—О— 81=), второй описывает возникновение дефекта Френкеля (=81— 81—О—О—81=), третий кластер включает дивакансию по кислороду (=81—81—81=). В состав модельных фрагментов введены концевые атомы водорода — стандартный прием компенсации оборванных связей [134]. При самосогласовании вьшолнялась также структурная оптимизация фрагментов, что привело к неизбежным отклонениям межатомных расстояний и углов связей в кластерах от соответствуюпщх значений в кристалле. Результатами расчетов явились оценочные величины энергий формирования дефектов ( ) [114] кроме того, в рамках используемого подхода оказывается возможным рассчитать константы сверхтонкого расщепления, спиновую заселенность, энергии колебательных мод и их интенсивности (для примесных дефектов), ряд других микроскопических характеристик, см.[114—119]. [c.163]

Рассеяние на примесях. Примесные атомы, как мы видели (см. п. 2), создают дискретные энергетические уровни, расположенные вблизи разрешенных зон, и потому оНи легко ионизируются. Положительно (донорный) или отрицательно (акцепторный) заряженный примесный атом в решетке полупроводника создает дальнодействующее кулоновское поле с потенциалом ф= 2,е1%г, где х — Диэлектрическая постоянная кристалла. Носители экранируют заряд этого поля, ограничивают область его действия. Брукс и Херринг (1951 г.) учли экранировку и представили потенциал поля в виде ф = 2е1уг) где Го зависит от кон- [c.250]

В самом деле, в ОЦК решетке тетраэдры внедрения сплющены вдоль осей четвертого порядка. Сплющенная тетраэдрическая пора является наиболее теснохЪ) в направлении этой оси. Поэтому примесный атом, находящийся в центре поры, в первую очередь расталкивает окружающие его атомы металла таким образом, чтобы увеличить размеры поры в направлении оси четвертого порядка. Этот эффект сопровождается тетрагональной деформацией, приводящей к растяжению кристалла вдоль оси четвертого порядка и, следовательно, к появлению степени тетрагональности, большей единицы. [c.151]

В кристалле германия высокой чистоты каждый атом ковалентно связан с четырьмя другими атомами (ромбическая структура), т. е. в чистом кристаллическом германии свободные электроны отсутствует, поскольку все четыре валентных электрона каждого атома оказываются связанными. Для того чтобы сделать кристалл пригодным для электронных целей, в него вносятся небольшие количества инородных атомов, способных заместить некоторые атомы германия в кристаллической решетке. Если в качестве материала примеси использовать пятивалентный элемент, то каждый из его атомов будет иметь по одному несвязанному электрону, кроме тех, которые участвуют в ковалентных связях. Несвязанные электроны легко покидают свои атомы за счет тепловой энергии и затем свободно блуждают по кристаллической решетке. Атомы примеси превращаются в ионы с единичным положительным зарядом. С другой стороны, если в качестве примеси выбрать трехвалентный галлий, индий или золото, то каждому примесному атому будет недоставать по одному электрону. То место, где электрона не хватает, принято называть дыркой. Некоторые из ковалентно связанных электронов, обладая достаточной тепловой энергией, могут разрывать свои связи и замещать свободные. В результате такого процесса дырки будут блуждать от одного атома к другому внутри кристаллической решетки. То есть дырки 1в германии с трехвалентной примесью ведут себя почти аналогично избыточным электронам в германии с пятивалентной примесью. Однако электроны обычно более подвижны, чем дырки. [c.294]

ГЭП на ядре излучающего или поглощающего мессбауэров-ского атома обусловлен зарядами окружающи.х ядро ионов и нецеликом заполненными оболочками собственного атома. Ясно, что если железо входит в качестве примеси в ионный кристалл (Na l, Ag l и т. д.), то вакансия, находящаяся в непосредственной близости к примесному атому Fe, создает ГЭП, который [c.233]

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]

Физические свойства легированных полупроводниковых кристаллов представляют исключительный интерес, поскольку именно влияние примесей создает спепифические, отличные от диэлектриков, проводяшие свойства. Рассмотрим электронный полупроводник, в котором структурные примеси V группы Периодической системы создают так называемые простые центры. В этом случае примесный пентр может находиться в одном из двух зарядовых состояний заполненном — лишний пятый электрон находится в окрестности примесного атома пустом — электрон покидает примесный атом и оказывается в зоне проводимости. Пусть энергии основного состояния примесного уровня соответствует значение а конпентрапия примесных атомов составляет значение Тогда конпентрапии занятых и пустых пентров будут иметь вид, соответственно [c.256]

Наличие примесей обычно затрудняет проявление полупроводниковых свойств (из-за заполнения ряда нижинх подуровней зоны проводимости электронами примесных элементов). Поэтому полупроводники почти всегда подвергают самой тщательной очистке. Одиако зате.м их часто в ювь загрязняют ничтожными количествами определенных примесей, уровни которых располагаются между валентной зоной и зоной проводимости самого полупроводникового вещества. Подбирают эти примеси таким образом, чтобы усилить либо электронную, либо дырочную проводимость. Первое обычно достигается добавками веществ, сравнительно легко теряющих электроны, второе — сравнительно легко их захватывающих. Например, замена атома 51 (4 внешинх электрона) атомом Аз (5 внешних электронов) в кристалле крег.. г.ня способствует уснлеиню его электронной проводимости, а замена ато .том В (3 внешних электрона) — усилению дырочной проводимости. [c.94]

Точечные дефекты вакансии-не занятые частицами узлы кристаллич. решетки междоузлия - примесные атомы в узлах решетки или между узлами, а также собственные атомы или ионы кристалла, сместившиеся из своих нормальных положеш1Й в узлах решетки. В простейшем бинарном кристалле АВ возможно образование двух видов вакансий Кд и V , двух видов междоузельш>1х атомов А, и В,- атомы Л и В в кристаллографич. позициях, свойствешсых друг другу, а также примесные атомы в той или иной кристаллографич. позиции (Хд, Х , X,). Обычно в структуре любого немолекулярного кристалла все виды точечных Д. присутствуют одновременно, но вследствие различий в энергии образования концентрация одних Д. больше других. В стехиометрич. кристаллах всегда доминируют по меньшей мере два вида точечных Д. пара вакансий V a и Vg, образующихся при переходе разнородных атомов или ионов из объема кристалла на его пов-сть (дефект Шоттки), или пара вакансия-междоузельный атом, образующаяся при переходе атома (иона) из узла решетки в междоузельное положение, т.е. А, и Кд или В, и Kj, (дефект Френкеля). [c.30]

В работе [28] предприняты систематические исследования роли З -допантов (8с, Т1,. .. Си) в формировании локальных межатомных связей в оксинитриде К1 >емния. Установлено, что в зависимости от сорта примеси наиболее существенно изменяются связи М—О (атом кислорода в мостиковой позиции, соединяющий базисные тетраэдры оксидных слоев кристалла) связи М—N также меняются в ряду /-примесей нелинейным образом, резко уменьшаясь для переходных металлов конца 3 -pядa. Для примесных /-центров (за исключением 8с, Т1 и Ре) в объеме оксинитрида возникают локальные магнитные моменты. Результаты [28] использованы для качественного прогноза тенденций растворимости таллов в 812К20. [c.105]

Спектры поглощения кристаллов дейтеротолуолов содержат несколько более размытые полосы, чем спектры обычного толуола. Диффузность этих спектров может быть связана с наложением переходов в примесных молекулах таких изотопных форм, у которых ароматическое кольцо дейтерировано полностью, и отличающихся только на один атом дейтерия в привеске. Интервал между энергетическими уровнями для электронных переходов в таких молекулах по порядку величины (9 сл - ) совпадает с шириной полос, соответствующих этим переходам. [c.100]

Согласно теории Гарии—Мотта, при поглощении кристаллом AgBr одного фотона образуется один электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Часть электронов в зоне проводимости оседают на примесных поверхностных уровнях. Захваченные ловушками электроны взаимодействуют с междоузель-ными свободными ионами Ag+, образуя на месте ловушки нейтральный атом Ag с малым временем жизни (наибольшее — несколько секунд). При повторении процесса на одном и том же месте образуется кластер из двух атомов Ag, время жизни которого определяется уже несколькими днями. Когда кластер разрастается до трех или более атомов, можно считать, что получено устойчивое скрытое изображение, пригодное для химического проявления. Теория Митчела (1957) также основана на представлении об образовании электронно-дырочных пар, однако предполагается, что сначала междоузельный Ag- - улавливается дефектом кристалла в решетке или на поверхности. Затем этот ион нейтрализуется электроном, и процесс повторяется до образования устойчивого скрытого изображения. Для нашего рассмотрения несущественно, присоединяется ли ловушка к подвижному иону Ag- - или, наоборот, ловушка движется к иону. Существенной стадией является создание электронно-дырочной [c.113]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология