Теория полупроводников

Если электропроводность объясняется перезарядкой ионов, зонная теория полупроводников, по-видимому, в простейшем виде неприменима не происходит полного вырождения уровней валентных электронов в отдельных ионах, а сохраняется периодичность в энергетическом спектре валентных электронов кристалла. Катионы решетки находятся в потенциальной яме, так что переход электрона от катиона к катиону требует энергии активации, а длина свободного пробега электрона соответствует междуатомным расстояниям в кристаллической решетке. В таком случае энергия активации определяется не только параметрами атома, образующего катион (т. е. в конечном счете его положением в таблице Менделеева), но и межатомными расстояниями в кристалле, что указывает на значение геометрических параметров кристалла в отношении его каталитической активности. [c.29]

Дефекты Шоттки встречаются чаще. Вообще всякие дефекты в структуре кристаллической решетки приводят к увеличению потенциальной энергии ее, что представляет особый интерес для теоретического гетерогенного катализа. В развитие этого вопроса иа основе теории полупроводников большой вклад внесен С. 3. Рогинским и Ф. Ф. Волькенштейном. [c.152]

Согласно зонной теории полупроводников в полупроводнике имеется два рода носителей тока электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне. В чистом (собственном) полупроводнике, например в чистом германии или кремнии, число электронов Па в зоне проводимости равно числу дырок ро в валентной зоне [c.139]

Теория полупроводников является составной частью физики твердого тела, которая сформировалась на базе квантовой механики, статистической физики и термодинамики. Основные свойства полупроводников могут быть правильно поняты только в свете этих наук. Без этого изложение теории полупроводников свелось бы к простому перечислению экспериментальных данных. Большая часть современной литературы по полупроводникам требует от читателя достаточно глубоких знаний перечисленных наук. Данная книга рассчитана на читателя, предварительная подготовка которого ограничивается изучением курсов общей физики и химии и начал высшей математики в объеме, предусмотренном программами для средних учебных заведений. В связи с этим первые две главы книги посвящены вопросам термодинамического равновесия, различимости и неразличимости микрочастиц, скоростей молекулярных процессов, а также природы химической связи и кристаллического строения твердого тела. [c.5]

Вычисление концентраций каких-либо частиц, а также определение скорости их возникновения или исчезновения является самостоятельной задачей термодинамики, квантовой механики, статистической физики и кинетики. Подобные вычисления применительно к другим веществам производились еще задолго до появления теории полупроводников. Учитывая также то обстоятельство, что свойства любых веществ, и, в частности, диэлектриков, полупроводников и металлов могут быть поняты, а часто и предсказаны только на основе перечисленных наук, мы начнем изучение физики и химии полупроводников с рассмотрения некоторых общих положений. [c.12]

Наиболее простое объяснение физических свойств полупроводников может быть дано на основе представлений зонной теории твердого тела. При образовании кристалла полупроводника происходит расщепление в зону энергетических уровней валентных электронов и электронных уровней возбужденных состояний. В результате в кристалле полупроводника возникают две зоны (рис. 30). Первая из этих зон (/) возникает в результате расщепления низших энергетических уровней в атоме. Она заполняется валентными электронами в нормальном квантовом состоянии. В теории полупроводников эта зона называется валентной зоной или заполненной зоной. [c.160]

Столь же существенные изменения произошли и в области теоретического рассмотрения явлений катализа, для исследования которого теперь широко привлекаются термодинамика, квантовая химия, теория твердого тела (теория металлов, теория полупроводников) и ряд других разделов современной физики. Это привело к более глубокому проникновению в сущность элементарных актов и пониманию взаимосвязи стадий катализа, а также в физическую и физико-химическую природу катализаторов. За этот же период многое сделано и в области классификации и систематизации катализаторов и каталитических реакций, по изучению действия промоторов и ядов и т. п. Таким образом, выражаясь фигурально, если мы в период опубликования книг Шваба, Ридила и Тэйлора рассматривали явления катализа под увеличительным стеклом, то сейчас это можем сделать уже под микроскопом объем получаемой информации неизмеримо вырос и выявилось множество новых деталей. Это позволило успешно решить многие вопросы, но вместе с тем внесло также очень много усложнений и предъявило значительно более высокие требования как к эксперименту, так и к теории. [c.6]

Электронная теория катализа основывается на аналогии с разработанной в физике теорией полупроводников. Она рассматривает запретные зоны и зоны проводимости Бриллюэна, электронный беспорядок и дырочные равновесия. [c.10]

Хауффе K. Теория полупроводников и проблема гетерогенного катализа. (Сб. статей по катализу. Электронные явления. ИЛ, 1958). [c.62]

О другой стороны, из теории полупроводников известно, что Еа>Е . Таким образом, поскольку энергия поляризации не может превосходить величины X, при механизме образования ансамблей по типу -центров активные центры всегда сильно поверхностно активны [c.122]

При адсорбции поверхность полупроводника заряжается. В результате этого (как следует из представлений, которыми оперируют в теории полупроводников при рассмотрении заряжения поверхности) электрон- [c.138]

В настоящее время разработана зонная теория полупроводников, которая позволяет исследовать коллективные свойства электронов в кристаллической решетке и достаточно хорошо описывает физические явления в полупроводниках, зависящие от их интегральных свойств. Значительно менее определенными являются результаты теории для локальных свойств и это ограничивает область применимости современных электронных представлений в катализе. [c.134]

Во многих случаях зависимость начальной электропроводности Оо полупроводниковых окислов от температуры описывается обычными формулами теории полупроводников, но определяется рядом сложных процессов на их поверхности, состоящих во взаимодействии окиси с окружающей [c.47]

Применение теории полупроводников в катализе особенно подробно продемонстрировано на примере катализаторов окисления. Рассмотрению этих вопросов посвящена, в основном, глава пятая. В главе шестой обобщены данные о разнообразных реакциях окисления. [c.10]

Применение теории полупроводников в данной системе также показывает, что катализ подчиняется некоторым общим правилам. Более подробные сведения об этой теории приведены в разделе Электронные свойства катализаторов окисления . Окиси р-типа с электронной недостаточностью) наиболее активны и инициируют реакцию при самых низких температурах. Окиси п-типа активны [c.322]

Для реакций окислительно-восстановительного катализа, при которых промежуточное взаимодействие реагирующих веществ с катализатором, по-видимому, связано с электронными переходами, в случае полупроводниковых катализаторов для расчета промежуточного поверхностного взаимодействия может быть использована зонная теория. Этот подход, опирающийся на развитый аппарат теории полупроводников, был впервые предложен Ф. Ф. Волькенштейном [1] и использован во многих работах советских и зарубежных ученых. При хемосорбции и катализе в результате взаимодействия реагирующих веществ со свободными электронами или дырками твердого катализатора на его поверхности могут образоваться заряженные частицы, а расположенный у поверхности катализатора объем приобретает заряд противоположного знака. Это приводит к определенной связи хемосорбционных и каталитических свойств с полупроводниковыми свойствами твердых катализаторов, в частности к зависимости теплоты хемосорбции, а следовательно, и энергии активации хемосорбции от положения уровня Ферми. Отсюда вытекает заманчивая возможность сознательного регулирования каталитических свойств полупроводников путем смещения уровня Ферми, введением добавок или другими способами. Это стимулировало большое число экспериментальных исследований. В основном исследовалась связь каталитической активности с электропроводностью и ее температурной зависимостью. Для отдельных катализаторов, например для германия, связь отсутствовала. В большинстве же случаев, в частности для окислов переходных металлов, введение добавок, меняющих электропроводность, как правило, оказывало влияние и на каталитическую активность. В дальнейшем, однако, когда были проведены более подробные исследования, а именно, изучена хемосорбция отдельных компонентов на катализаторе и ее влияние на его проводимость, а также прямые измерения работы выхода электрона, обнаружилось много противоречий. [c.8]

Как показывается в теории полупроводников (см. гл. IV, разд. 3), зонами, в которых движутся свободные электроны и дырки, часто являются, соответственно пустая и заполненная зоны катиона ). В этих случаях адсорбционными центрами являются именно катионы. [c.193]

Теория полупроводников (см. гл. IV, разд. 3) позволяет объяснить различные экспериментально полученные законы окисления (Хауффе [202]) надо, однако, иметь в виду, что явление может осложняться неоднородным характером реакции окисел может расти вдоль поверхности за счет тег или иных зародышей. [c.241]

Основываясь на полученных экспериментальных данных, Тарасов совместно с сотрудниками выдвинул предположение о непрерывной полимерной структуре стекловидных полупроводников. Согласно этой теории, полупроводники представляют собой неорганические полимеры, обладающие одно- (цепи или ленты), двух- (слои) или трехмерным каркасом. По мнению авторов, тип химической связи в стеклах-полупроводниках преимущественно ковалентный (вес химических связей, находящихся в ионном состоянии, составляет около 25%), в то время как в кислородных стеклах вес химических связей в ионном состоянии составляет 50%. [c.480]

Из кривых фотоэлектрической поляризации (рис. 1.4) следует, что в интервале потенциалов 0,24—0,50 В образз ю-щийся на поверхности меди оксид содержит в решетке избыток кислорода и имеет дырочную проводимость [13]. В обозначении теории полупроводников его формула имеет вид Си . [Си +Р/(Ук) ]0 , где X — стехиометрический недостаток меди Р — локализованная вблизи вакансии дырка. Сте-хиометрическое равновесие, когда состав оксида отвечает формуле СигО, наступает при 0,56 В. [c.12]

Для объяснения природы кислотных и основных поверхностных центров бы-та применена теория полупроводников. Кислотные центры могут быть связаны с электроноакцепторными центрами /)-тина, а основные центры — с электронодонорными центрами и-типа [53]. Предполагают, что сильные электростатические поля являются, кроме того, фактически каталитически активными областями на некоторых катализаторах. Они были введены в рассмотрение в результате исследования катализаторов — молекулярных сит [48]. [c.400]

Адсорбция на металлической поверхности и ее значение для катализа. Применение теории полупроводников к проблемам гетерогенного катализа. Эффекты поверхностных барьеров при адсорбции на примере окиси цинка. Электронное взаимодействие между металлическим катализаторами и хе-мосорбированными молекулами. [c.419]

Одна из самых интересных областей физической химии реальных кристаллов — теория нестехиометрических соединений. Несте-хиометрические твердые соединения обнаружены еще в прошлом веке. Образование таких соединений Бертолле считал нормальным свойством твердых тел. Отсюда возникло название бертол-лиды . Нестехиометрические твердые соединения — обычно ионные кристаллы. Состав оксида титана изменяется от Т1о,вО до ТЮ ,2. Оксид железа (II) всегда содержит избыток кислорода РеО +в. Небольшая нестехиометричность характерна даже для хлорида натрия. В кристаллах Ыац-вС значение доходит до б 10 . Нестехиометрические ионные кристаллы обладают интересными электрофизическими свойствами, изучение которых, начатое в 30-е годы, завершилось созданием современной теории полупроводников. [c.277]

В дальнейшем при рассмотрении теории полупроводников будет рассмотрена особая группа дефектов, связанных с отклонением от стехиомегрии в некоторых химических соединениях. Так, если нагреть Na l в атмосфере паров натрия, то в решетке соли появляются избы-, точные количества натрия. [c.194]

К ним относятся термоэлектрические и термомагнитные (точнее,,, термомагнитоэлектрические) систе-мы. Они были разработаны в 50— 60-х годах с развитием теории полупроводников и внедрением их в технику [20, 28]. [c.280]

При изучении хемосорбции СО и Од на 2пО и N10 было обнаружено [36, 37], что введение Ь1аО уменьшает электропроводность электронного полупроводника ХпО и увеличивает электропроводность дырочного полупроводника N10 в соответствии с электронной теорией полупроводников. В то же время ЫаО ускоряет хемосорбцию О2 — акцептора электронов — на ХпО и N10 и подавляет хемосорбцию СО — донора электронов, что непосредственно не вытекает из изложенных выше представлений. [c.11]

Естественно, что с точки зрения квантовой механики простейшим является процесс адсорбции атома, а ему аналогичным — образование радикала на поверх1ности. Поэтому реакции с участием атомов и радикалов рассмотрены в электронной теории наиболее подробно. Несмотря на это, отсюда еще нельзя сделать вывод, будто результатом электронной теории катализа явилось доказательство преимущественно радикального механизма гетерогенных каталитических реакций на металлах и полупроводниках. Дело об-. / стоит проще радикальные механизмы реакций относятся к тому типу задач, которые в теории полупроводников допускают сейчас сколько-нибудь строгое рассмотрение методами теории твердого тела. Более сложные механизмы не удается пока анализировать методами квантовой механики, и это не позволяет сравнить теоретически эффективности различных путей каталитической реакции. [c.134]

Следует, однако, отметить, что углерод является аполярным веществом и молекулы воды должны взаимодействовать с ароматической структурой базисной плоскости значительно слабее, чем с металлом. Следовательно, значение Сг должно отличаться от 20 мкФ/ м Кроме того, форма С, -кривой заметно отличается от предсказанной теорией. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что при высокой объемной концентрации носителей в графите простейший вариант зонной теории полупроводников неприменим. Уже при малом падении потенциала в зоне пространственного заряда поверхностная концентрация носителей становится очень большой и не описывается простыми соотношениями. Этот вывод не противоречит тому факту, что скорость неэлектрокаталитической редокс-реакции Fe( N)6 4 Fe( N)e - относительно слабо зависит от типа кри- [c.72]

Соотношения усложняются, если вместо металла в окислительно-восстановительном электроде используется полупроводник. Геришер проанализировал причины этого усложнения в рамках уже описанных квантовомеханических представлений. Девальд получил аналогичный результат, не прибегая к оценке туннельного эффекта, только на основании зонной теории полупроводника. [c.153]

Начало современной теории полупроводников, как полагают Бэкер и Дженкинс [152], было положено Вильсоном в 1930— 1931 гг. [159], который тогда уже применил зонную теорию для объяснения электропроводности. В дальнейшем, в 30—40-х годах, в развитии этой теории приняли участие многие физики, в том числе Иоффе [160], Вагнер, Мотт и другие (см. [161— 164]). Связь же между полупроводниковыми и каталитическими свойствами впервые была отмечена в конце 30-х годов Вагнером и Хауффе [164], а затем более подробно описана (с привлечением материала о влиянии освещения) Рогинским (см. стр. 212 и рис. 2, 3). Попытки создания количественной электронной теории катализа начинаются только с конца 40-х годов. При этом на первый план выступают работы Рогинского, Волькенштейна, Теренина, Борескова, Бонч-Бруевича, Мясни-кова, Ляшенко (СССР), Гарнера, Даудена (Англия), Жермена, Эгрена (Франция), Будара, Тамару, Гомера (США), Вагнера, Хауффе, Зурмана, Шваба (ФРГ), Белянского, Дереня (ПНР), Коутецкого (ЧССР) и других. В 50-х годах появляется масса работ как по полупроводниковому катализу, так и по катализу на металлах и сплавах. Можно сказать, что начинается период подлинной электрификации теории катализа (Баландин) [71]. [c.241]

Основше положения электронной теории катализа развиваются в применении к по. гупроводникам, поскольку, во-первых, теория полупроводников сегодня болеё развита, чем теория металлов, а во-вторых, к полупроводникам относится большинство применяемых в практике катализаторов. Поэтому превде всего остановимся на энергетической характеристике полупроводников. [c.276]

Недавно исследовано [34] отношение коэффициентов Сибека для пиролитического графита в рамках зонной теории полупроводников и в рамках простой модели двух зон при температурах, близких к 300° К. Сделан вывод, что температурную зависимость термо-э.д.с. можно объяснить на основе различия температурных зависимостей подвижности электронов и дырок. [c.335]

Автор книги является одним из родоначальников электронного направления в катализе за границей. Его работы (1952 г.) по теории граничного слоя в адсорбции были исходными для целой серии теоретических исследований зарубежных авторов. Эта серия обычно объединяется под общим названием Rands hi httheorie der Adsorption , Данное направление вслед за Жерменом плодотворно развивалось Карлом Хауффе и его школой. В настоящей книге электронным представлениям в хемосорбции и катализе уделено значительное место. Попутно автор совершает короткие экскурсы в теорию металлов и теорию полупроводников, Заметим, однако, что электронные представления автора отражают лишь первые шаги электронной теории катализа, бурно развивающейся в настоящее время как в СССР, так и за границей. [c.5]

Спектры ЭПР электронов, находящихся на донорных уровнях, и электронов проводимости наблюдались в различных полупроводниках [20, 43, 45]. Для легированных образцов кремния 120] как электроны проводимости, так и электроны на донорных уровнях имеют g-факторы, близкие к ge- Например, значение g для донорных атомов Bi равно 2,0003, а для электронов проводимости 1,99875, Как правило, резонанс от электронов на донорных атомах обнаруживает отчетливое сверхтонкое взаимодействие с ядрами доноров, а резонанс от электронов проводимости этого эффекта не обнаруживает. Измеряя величину сверхтонкого взаимодействия с атомом донора и атомами основной решетки, можно найти электронную плотность на каждом из ядер [20]. Полученные результаты подтверн дают существующие теории полупроводников, поскольку они показывают, что электронное облако донора значительно бо.лее диффузно, чем электронное об.тако изолированного атома. [c.456]

В заключение уместно отметить, что в ряде новых работ (К. Хауфе, Р. Тиченор, П. Д. Луковцев) делается попытка рассмотреть процессы, происходящие на окисноникелевом электроде, с точки зрения теории полупроводников. [c.82]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология