Зонная модель полупроводника

Зонная модель полупроводника [c.103]

Рис. 44. Зонная модель полупроводника п-тнпа,

Действительно малую электропроводность окисла никеля при составе, близком к стехиометрическому, нельзя объяснить на основе простой зонной модели полупроводника. Если бы ионы Ni ( i ) с их незаполненными -оболочками образовывали широкую зону, последняя также оказалась бы незаполненной и следовало бы ожидать конечной проводимости. В кристаллах закиси никеля с нарушенным стехиометрическим соотношением имеется некоторое (определяемое избыточным кислородом) количество ионов Ni и электропроводность становится возможной за счет переноса заряда между соседними парами Ni —Ni однако, как показал Морин [49], этот перенос затруднен. Таким образом, подвижность носителя тока очень мала и требует энергии активации, составляющей (при высоких концентрациях дефектов) около 0,1 эв. Согласно Морину, заполненные и свободные -уровни ионов Ni образуют узкие волнистые зоны и действуют соответственно как доноры и акцепторы электронов. Эти уровни расположены между заполненной валентной sp-зо-ной кислорода и более высокой свободной sp-зоной последнего. [c.77]

С аналогичной точки зрения Кларк [93] пытался интерпретировать каталитическую активность окислов переходных металлов на основе упрощенной зонной модели полупроводников. Важный механизм электронного переноса в граничном слое, содержащем объемный заряд, в статье Кларка не рассматривается. [c.281]

Основанная на теории МО зонная модель электронного строения металлов, полупроводников и диэлектриков может показаться не сразу очевидной всем студентам, но после ее обсуждения и объяснения она обычно усваивается. Последний раздел, посвященный силикатам, можно опустить без ущерба для усвоения важнейших понятий, но он дает хорошую возможность закрепить положение о связи между структурой и свойствами и обычно вызывает интерес у студентов. [c.577]

Зонная модель и понятие о полупроводниках. В современной физике широкое распространение получила так называемая зонная теория. Для этой теории характерна следующая терминология. Система электронов, образующих невозбужденные химические связи, называется валентной зоной, а система возбужденных связей — зоной проводимости. Двойные ненасыщенные связи в валентной зоне получили название дырок, а электроны зоны проводимости часто называются свободными. [c.77]

Зонная теория твердого тела позволяет объяснить основные физико-химические свойства кристаллов высокую электрическую проводимость и теплопроводность металлов, особенности проводимости в полупроводниках, изолирующие свойства диэлектриков и т. п. Электрическая проводимость кристаллов определяется наличием квазисвободных электронов, способных к направленному перемещению под действием внешнего электрического поля. Если на электрон действует сила, определяемая напряженностью электрического поля, то он начинает двигаться с ускорением и его кинетическая энергия при этом возрастает. В зонной модели, которая является результатом применения представлений квантовой механики к твердому телу, возрастание энергии электрона равносильно его переходу на более высокий энергетический уровень. При наличии в зоне разрешенных энергий вакантных уровней, ко- [c.309]

С точки зрения зонной теории полупроводниковые вещества должны обладать дальним порядком. Вторым необходимым условием служит отсутствие перекрывания валентной зоны и зоны проводимости. Третье условие состоит в том, что валентная зона должна быть полностью занята электронами. Механизм проводимости полупроводника согласно зонной модели представлен на рис. 130. При абсолютном нуле зона проводимости пуста, все уровни валентной зоны заполнены и под действием внешнего электрического поля электрическая проводимость не возникает. Нагревание кристалла возбуждает часть электронов, которые приобретают энергию, превышающую ширину запрещенной зоны. Эти электроны попадают в зону проводимости, а в валентной зоне освобождается [c.312]

В идеальном случае энергетическое состояние носителей тока на поверхности и в объеме полупроводника одинаково, что согласно зонной модели эквивалентно отсутствию изгиба энергетических зон в приповерхностной области (рис. 71, а). После приложения внешнего поля с плюсом на металлическом электроде и минусом на кремнии п-типа электроны из объема подтягиваются к поверхности, их поверхностная концентрация увеличивается, и в поверхностном слое возникает отри- [c.123]

Мы кратко рассмотрели принцип действия р—п-перехода в гомогенном по составу полупроводнике. Дальнейшие исследования [20, с. 61 ] показали, что многие свойства полупроводниковых приборов можно улучшить, используя так называемые гетеропереходы — контакты двух различных по химическому составу полупроводников. Энергетическая зонная модель и инжекционные свойства гетероперехода, а также область применения его определяются опять же условиями изготовления. Успехи в этой области связаны прежде всего с успехами физико-химии и технологии эпитаксиального выращивания кристаллов. Среди большого числа различных методов эпитаксиального роста полупроводниковых кристаллов широкое распространение получил метод жидкостной эпитаксии [21 ]. Он стал основным при изготовлении многих важных полупроводниковых приборов [20, с. 61 и 92]. [c.464]

Рис. 47. Влияние хемосорбции на энергетическую схему полупроводника -типа согласно зонной модели.

С другой стороны, зонные модели, хорошо описывающие свойства классических полупроводников, также оказываются несостоятельными для описания свойств окисных соединений. [c.103]

В статье Хауффе разбирается развитая автором и другими исследователями теория граничного поверхностного слоя, являющаяся отдельным направлением внутри электронной теории катализа и служащая для объяснения процессов на поверхности твердого тела — полупроводника с точки зрения зонной модели. Теория граничного слоя использована Хауффе для описания разложения закиси азота, окисления окиси углерода и разложения -спиртов на полупроводниках. Однако, как показал Ф. Ф. Волькенштейн, в расчетах Хауффе содержатся неточности. [c.5]

При описании электронного состояния аморфных веществ нередко используют зонную модель, позволяющую объяснить существование в изоляторах и полупроводниках запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости. Эта модель разработана для описания кристаллического состояния, но ее правомочно применять и при описании стекол, так как последние в энергетическом отношении подобны кристаллам. [c.164]

Как известно из элементарной физики, твердые тела по электрическим свойствам можно разделить на три класса металлы, полупроводники и диэлектрики. Все эти три класса веществ могут быть описаны с помощью зонной модели электронной структуры, известной уже более 30 лет. Эта модель основана на представлении об электронных уровнях, которые вследствие взаимодействия атомов в кристаллической решетке размываются в полосы (разрешенные зоны), отделенные друг от друга запрещенными зонами, т. е. зонами, не содержащими уровней, на которых электроны могли бы находиться. [c.127]

Имеются указания, что зонная модель оказывается недостаточной и для интерпретации экзоэмиссии с оксидов, окисленных металлов и полупроводников [11, 12]. Одновременное теоретическое рассмотрение и экспериментальное исследование экзоэмиссии и других поверхностных явлений (адсорбции, окисления, катализа) представляет несомненный интерес, однако при этом надо основываться, не на зонной модели твердого тела, а на исследовании локальных возбужденных состояний (активных центров), образованных при участии многообразных форм адсорбированных частиц. [c.256]

Металлы, изоляторы, полупроводники. Зонная структура энергетического спектра электронов объясняется применением квантовой теории к твердому телу. Однако к зонной модели можно прийти и иным путем. [c.20]

Химическая связь в полупроводниках. Зонная теория твердого тела удовлетворительно объясняет специфические особенности полупроводников. Вместе с тем эта теория является следствием применения квантовой механики к проблеме твердого тела, хотя зонная модель распространяется и на апериодическое поле, характерное для некристаллических веществ. Однако открытие жидких и аморфных полупроводников убедительно доказывает, что полупроводниковые свойства в первую очередь определяются природой химической связи данного атома с его ближайшим окружением. [c.34]

К стеклообразным полупроводникам неприменим механизм действия примесей, основанный на зонной теории. Стекла по природе своей лишены дальнего порядка, лежащего в основе зонной модели твердого состояния. [c.268]

Рассчитаем конпентрапию электронов в зоне проводимости полупроводника при конечных температурах. Для этого воспользуемся представлением электронного газа в модели сильной связи, справедливым в окрестности пентра зоны Бриллюэна. Поскольку рассматриваются электроны в зоне проводимости, отсчет энергии должен осушествляться от дна зоны проводимости (индекс с [c.248]

В литературе изложены различные механизмы передачи электронов в полупроводниках, содержащих металлы с незаполненной -орбитой. По механизму Морина [408] обмен электронами катионов решетки полупроводника осуществляется по -зонам, а если они очень узкие, то электроны локализованы на катионах и происходит перезарядка катионов с расположенными вблизи соседними ионами (модель Вервея). Для других окислов справедлива обычная зонная модель с обобществлением электронов в твердом теле. Работа выхода электрона твердых тел зависит от положения уровня Ферми на поверхности, которое в свою очередь также определяется структурой энергетического спектра полупроводника. [c.275]

В простых полупроводниках, для которых справедлива зонная модель, энергию активации электропроводности связывают с положением примесного уровня в запрещенной зоне. Модифицирование изменяет расположение этого уровня по отношению к зоне проводимости и, таким образом, изменяет Е ., химических соединениях с большой локализацией электронов (шпинели) энергия активации проводимости может определяться энергией активации подвижности носителей тока [411]. В соединениях типа вольфраматов и молибдатов природа изменения энергии активации электропроводности неясна. Для сложных многофазных систем Ед определяется температурными зависимостями электропроводности составляющих компонентов, величиной ф и концентрацией отдельных фаз в смеси. [c.276]

В полупроводниках валентная зона и зона проводимости не перекрываются и между ними существует запрещенная зона шириной порядка 1 эВ. Кроме того, заряд полупроводниковой фазы сосредоточен не на поверхности, как у металлов, а распределен в некотором поверхностном слое. В результате этого в полупроводниковой фазе возникает скачок потенциала (< ) (см. рис. 79), приводящий к искривлению энергетических зон вблизи поверхности электрода. Таким образом, в отличие от модели металла-ящика (см. рис. 153) для полупроводникового электрода энергетические уровни можно представить схемой, приведенной на рис. 161. [c.292]

Твердые фазы немолекулярной структуры представляют собой твердые тела с координационной структурой (металлы, полупроводники и диэлектрики). Химическая связь в них имеет свои особенности и описывается с позиций так называемой зонной теории. Для металлов зонной теории предшествовала модель свободных электронов. [c.129]

В этой связи желательно вычислить энергию перехода электрона от полупроводника к хемосорбированному веществу и обратно. Доуден [5] пытался вычислить эту энергию с помощью простой зонной модели полупроводников . Хотя Доуден не учитывал влияние объемного заряда (как это было сделано Вейссом [24] и Хауффе [17]), его трактовка представляет интерес в двух отношениях. Во-первых, она делает понятной роль электронного обмена в процессе катализа во-вторых, указывает новые пути исследования, хотя, будучи упрощенной, сама требует усовершенствований. [c.267]

Современная неорганическая химия состоит из многих самостоятельных разделов, например химии комплексных соединений, химии неорганических полимеров, химии полупроводников, металлохимии, физико-химического анализа, химии редких металлов, радиохимии и т. п. Неорганическая химия давно перешагнула стадию описательной науки и в настоящее время переживает свое второе рождение в результате широкого привлечения квантовохимических методов, зонной модели энергетического спектра электронов, открытия валентнохимических соединений благородных газов, целенаправленного синтеза материалов с особыми физическими и химическими свойствами. На основе глубокого изучения зависимости между химическим строением и свойствами она успешно решает главную задачу создание новых неорганических веи еств с заданными свойствами. Неорганическая химия, как и любая естественная наука, руководствуется методологией диалектического материализма, следовательно, опирается на ленинскую теорию отражения От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике... . Живое созерцание осуществляется, как правило, при помощи эксперимента — наблюдения явлений в искусственно созданных условиях. Из экспериментальных методов важнейшим является метод химических реакций. Химические реакции — превращение одних веществ в другие путем изменения состава и химического строения. Во-первых, химические реакции дают возможность исследовать химические свойства вещества. Аналитическая химия использует химические реакции для установления качественного и количественного состава вещества. Кроме того, но химическим реакциям исследуемого вещества можно косвенно судить о его химическом строении. Прямые же методы установления химического строения в большинстве своем основаны на использовании физических явлений. Во-вторых, на основе химических реакций осуществляется неорганический синтез. За последнее время неорганический синтез достиг большого успеха, особенно в получении особочистых соединений в виде монокристаллов. Этому способствовало применение высоких температур и давлений, глубокого вакуума, внедрение бесконтейнерных способов синтеза и т. п. [c.7]

Из этого следует, что ирнменение только зонной модели движения в полимерных полупроводниках вряд ли оправдано, так как приводит к огромным значениям эффективной массы носителей. Отметим, что термо-э. д. с. полимерного полупроводника определяется движением носителей внутри областей иолисопряжения с подвижностью порядка 10 — 10 м2/(В-с), т. е. в десятки — сотни раз большей, чем эффективная подвижность носителей в этих веществах [4, с. 43]. [c.67]

Миогочисленные исследования электронных свойств твердых катализаторов показали, что электроны, принадлежащие разным ионам, могут быть обобществлены (зонная модель). Передвижение электрона по решетке обусловливает проводимость твердого тела. В полупроводниках электрон перескакивает из валентной зоны или с энергетического уровня примеси, в1веденной в полупроводник, в зону проводимо сти. Создание разнообразных дефв1К-тов в решетке способствует образованию не одиночных энергетических уровней, а узких зон, в которых транспортирование электрона облегчено. [c.147]

Описанная в разд. 7.2 и 7.3 зонная модель совершенно не учитывает кристаллическую структуру металла и полупроводника. В более новых представлениях исходят из того, что электронные зоны образуются при перекрывании орбиталей, которые под влиянием окружающего кристаллического поля имеют определенную пространственную ориентацию. Рассморим переходный металл. В кубической гранецентрированной коорди- [c.110]

Каково происхождение неоднородности и совместима ли наблюдаемая картина с нашими представлениями об активной поверхности, с химическим характером активных структур Вернемся снова к модели полупроводника с променгуточными электронными уровнями примесей. Наличие примесей определенного типа создает максимальные изменения энергии взаимодействия газовых молекул с поверхностью, вблизи точки, в которой находится примесь. Однако и для молекул, находящихся несколько в стороне от примеси, взаимодействие не таково, как на чистом нетронутом участке, удаленном на много атомных расстояний от примеси. В результате, вокруг каждого участка с включенной примесью будет расположена зона с плавно убывающими энергиями взаимодействия. При антибатности величин Еа Q этому будет соответствовать столь ке плавный рост энергии активации этого взаимодействия. Нетрудно показать, как это сделано в одной из наших первых работ по теории адсорбции на широконеоднородных [c.49]

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]

Модели дефектов обычно строятся по аналогии с хорошо изученными дефектами в ш,елочногалоидных кристаллах или по аналогии с классическими полупроводниками, с четырьмя валентными электронами. Природа дефектов в ионных кристаллах типа щелочногалоидных и в ковалентных кристаллах, таких как германий, кремний и соединения типа А В, в основном описывается с достаточным приближением в первом случае ионной моделью, во втором случае — зонной теорией полупроводников. И в том и в другом случае заполненные состояния отделены от свободных запрещенной зоной. [c.3]

На окисных полупроводниках катиона хемосорбция должна происходить над анионами рещетки и следует ожидать, что во взаимодействии участвуют как анионные, так и катионные зоны. Это делает проблему значительно более сложной, и так как катионно-анионная зонная модель не подходит для окислов переходных металлов, мы не будем обсуждать ее здесь более подробно. [c.412]

Зависимость электрической проводимости ферритов от температуры внешне является такой же, как и у полупроводников, процессы электропереноса в которых описываются зонной моделью. В основу этой модели, как известно, положена связь энергии активации электрической проводимости с шириной запрещенной зоны (собственная проводимость) или с расположением Донориого или акцепторного уровня в запрещенной зоне (примесная проводимость). [c.115]

В частном случае радикалолюминесценции решение вопроса о механизме возбуждения оказалось возможным на основе зонной модели кристаллофосфора и электронной теории хемосорбции и катализа на полупроводниках, развиваемой Ф. Ф. Волькенштейном [5—8, 154—161]. При этом мы предполагаем, что электронно-дырочные процессы, происходящие в ка-тализаторе-кристаллофосфоре в результате процессов адсорбции, рекомбинации радикалов и десорбции образовавшихся молекул, могут привести к возбуждению центров свечения и, как результат, вызвать люминесценцию. [c.90]

Для существенно ковалентного кристалла BN,ei. ( if-4.5), как и в случае алмаза, кластерная модель оказывается неудовлетворительной. Если в модели КРЭЯ Eg 4,3 эВ (что не сильно отличается от данных зонных расчетов), то в кластерной модели полупроводник ВКгекс становится металлом вследствие сильного искажения зоны проводимости. [c.242]

Как известно, малые добавки оказывают сильное действие также на электропроводимость и другие характеристики полупроводников. Многие окис-ные катализаторы являются полупроводниками. В начале 50-х годов С. 3. Рогинским и Ф. Ф. Волькенштейном были сформулированы основные представления электронной теории катализа и хемосорбции на полупроводниках, основанные на применении к этим явлениям зонной модели и поддержании электронно-дырочного равновесия на поверхности полупроводника при взаимодействии с молекулами. Эта концепция в одноэлектронном приближении с несколькими дополнительными гипотезами дальше детально развивалась Ф. Ф. Волькенштейном, В. Л. Бонч-Бруевичем, В. Б. Сандомирским, Ш. М. Коганом, а за границей — Хауффе, Вейсом, Жерменом, Моррисоном и другими и стала впоследствии широко популярной среди всех специалистов по катализу. [c.8]

Более подробное рассмотрение механизма реакций с сильным смещением электронов выходит за рамки моего доклада отметим только, что электронные представления с исиользоваиием зонной модели примесного полупроводника весьма нер-сиективны нри трактовке таких, менее глубоких, окислительно-восстановительных процессов. Поучительным примером может служить недавно появившаяся работа [c.138]

В исследованных системах а и ф изменяются в области модифицирования в одном и том же направлении. Окислы ванадия и молибдена являются электронными полупроводниками, механизм проводимости которых пока еще не ясен. В последнее время а связывают с наличием в таких полупроводниках кислородных дефектов [409]. По теории контролируемой валентности [379] введение в электронный полупроводник катиона с валентностью ниже основного катиона решетки должно приводить к уменьшению электропроводности в случае образования твердого раствора замещения. Добавление к пятиокиси ванадия окиси кобальта (Со +), а к окиси молибдена окисей лития (Ы +) и кобальта приводит не к уменьшению электропроводности, а к ее увеличению, что, по-видимому, указывает на образование твердых растворов внедрения или даже микрогетерогенных систем, если считать, что для простых окислов можно применить зонную модель. Введение в У2О5 катиона с более высокой валентностью (Мо +) увеличивает проводимость. Для этого [c.275]

По Бонч-Бруевичу [519], сильно легированные полупроводники, которые обычно используются как катализаторы, обладают рядом особенностей. Уровень Ферми лежит в занятой носителями тока области непрерывного спектра, и обычно наблюдается частичное вырождение. Кроме взаимодействия носителей заряда с примесью наблюдается взаимодействие примесных атомов между собой, что приводит к созданию экранированного поля вокруг отдельных элементов решетки. Следовательно, к этим твердым телам невозможно применять стандартную зонную модель, хотя общие характеристики полупроводника остаются неизменными. Вероятно, эти особенности и являются причиной многих противоречий экспериментальных наблюдений и теоретических моделей при сравнении электронных и каталитических свойств сложных полупроводников. [c.280]