Активность и строение полупроводников

АКТИВНОСТЬ и СТРОЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [54, 81 ]1) [c.118]

Выбор катализатора. При выборе катализатора учитывают характер реакции. Если реакции протекают с передачей электронов (окислительно-восстановительные), то их кинетические характеристики будут изменять катализаторы, обладающие свободными электронами. Сюда относятся металлы ( -электронного строения и их окислы. Роль катализатора могут выполнять полупроводники. Чем больше электропроводность проводника, тем выше его каталитическая активность. [c.33]

Инфракрасная (ИК) спектроскопия используется в различных областях науки, и в каждой из них придается- этому термину различный смысл. Для химика-аналитика это удобный метод решения таких задач, как, например, определение пяти изомеров гексахлорциклогексана, качества парафина, смолы, полимера, эмульгатора в эмульсии для полировки, опознание страны, из которой вывезен контрабандный опиум. Физику ИК-спектроскопия представляется методом исследования энергетических уровней в полупроводниках или определения межатомных расстояний в молекулах. Она может быть также полезна и при измерении температуры пламени ракетного двигателя. Для химика-органика это метод идентификации органических соединений, позволяющий выявлять функциональные группы в молекулах и следить за ходом химических реакций. Для биолога ИК-спектроскопия - перспективный метод изучения транспорта биологически активных веществ в живой ткани, ключ к структуре многих естественных антибиотиков и путь познания строения клетки. Физикохимику метод позволяет приблизиться к пониманию механизма гетерогенного катализа и кинетики сложных реакций. Он служит дополнительным источником информации при расшифровке структуры кристаллов. В этих и многих других областях знания ИК-спектроскопия служит исследователям мощным средством изучения тайн вещества. Вероятно, справедливо будет сказать, что из всех инструментальных методов ИК-спектроскопия наиболее универсальна. [c.9]

Сказанное требует пояснения. Атомы на поверхности металлических кристаллов и избыточный металл в полупроводнике соответствуют одинаковым металлическим ансамблям только с валентной точки зрения. Физическая природа этих образований, описывающаяся видом электронной волновой функции, несмотря на общность типа, существенно различается тем, что в полупроводнике падение электронной плотности около дефекта происходит медленнее, чем для металлического атома. При общем типе строения (Ме) и общности свойств, определяющихся стационарностью расположения электронов на дефектах геометрически подобной структуры, ансамбли для металлов и полупроводников являются только аналогичными, но не идентичными и могут обладать различным уровнем каталитической активности. [c.120]

Закономерные изменения каталитической активности окислов в окислительно-восстановительных реакциях можно объяснить изменением типа проводимости при изменении химического строения основного окисла, образующего катализатор. Тип проводимости полупроводника можно измерить по знаку термо-э. д. с. (т. э. д. с.) и знаку эффекта Холла [17], а для окислов также по направлению зависимости электропроводности от давления кислорода. У окислов — ге-полупроводников проводимость уменьшается с ростом давления кислорода, а для р-полупроводников — возрастает. Как правило, окислы высших валентностей склонны к частичному восстано- [c.14]

Ввиду того что твердый катализатор или стенка осуществляет валентное взаимодействие с реагентами посредством обобщенных электронов проводимости и дырок, проводимость твердого тела играет решающую роль в гетерогенном катализе. Но, вследствие очень высокой энергии активации, необходимой для перехода электронов или дырок от одного иона к другому, полупроводники при стехиометрическом составе обладают такой же низкой проводимостью, как изоляторы (Гарнер [35]). Увеличение проводимости и, следовательно, повышение каталитической активности достигается путем создания дефектов либо в виде ионов, находящихся в междоузлиях, либо в виде вакантных узлов решетки, либо путем введения посторонних ионов другой валентности, одним словом, отклонением от стехиометрического состава. Почти все аспекты теории катализатора, охарактеризованные в гл. X (теория пересыщения, теория модифицирования, статистическая теория, электронная теория), приводят к одному и тому же принципиальному выводу о параллелизме между каталитической активностью и нерегулярностью состава и строения. Иначе говоря, твердое вещество тогда становится катализатором, когда превращается в бертоллид. [c.385]

Изменение свойств сильно зависит от вида внедряющегося вещества, что особенно наглядно показывают опыты с электронными полупроводниками (п(—)- или р(+)-проводимость). Каталитическая способность твердых веществ также теснейшим образом связана с типом и величиной электронной проводимости [201]. Уже для больших кристаллов характерны многие свойства, к которым относится также реакционная способность, проявляющаяся лишь на определенной поверхности кристалла наоборот, состояние активного твердого вещества едва ли можно описать так точно и исчерпывающе, чтобы можно было судить о его свойствах в каждом отдельном случае. Недостаточно определить распределение только по величине и форме зерен следует попытаться понять отклонения от идеального строения решетки и специфическую атомарную структуру поверхности. [c.170]

К. м. позволила объяснить строение и свойства атомов, атомные спектры, рассеяние света атомами. На ее основе была создана теория молекулы и раскрыта природа химической связи, разработана теория молекулярных спектров. К. м. дала возможность создать теорию твердого тела, объясняющую его электрич., магнитные и оптич. свойства с помощью К. м. удалось понять природу металлич. состояния, полупроводников, ферромагнетизма и множества других явлений. К. м. позволяет выяснить закономерности ядерных реакций, радиационные свойства ядра, а-радио-активность и т. д. [c.262]

Хемосорбция атомов и молекул на поверхности полупроводников и диэлектриков, также как и хемосорбция на переходных металлах, в существенной мере определяется локальными взаимодействиями между адсорбатом и активным центром. Сложные и многообразные явления, происходящие на поверхности в этом случае, сохраняя общие для процесса хемосорбции закономерности, имеют ряд особенностей. Они связаны с чередованием основных и кислотных центров, наличием гидроксильного покрова, специфическим строением дефектов и другими структурными и электронными факторами. Детальному анализу механизма адсорбции на полупроводниках и диэлектриках посвящена монография [32]. [c.21]

В реакциях каталитического разложения олефинов наиболее активны кислотные катализаторы (алюмосиликаты АЬОз и 51202, обработанные минеральными кислотами). Разложение олефинов в их присутствии протекает уже при 350°С. Окислы металлов, являющиеся полупроводниками (окислы переходных металлов и металлов И группы), катализируют распад олефинов при более высоких температурах (500—600°С). С увеличением размера молекулы и усложнением ее строения (наличие разветвлений)скорость разложения олефинов возрастает. [c.206]

Значение химических примесей и дефектов структуры твердых тел в качестве активных центров при их реакциях не вызывает сомнений. Однако в большинстве случаев нет ясности в конкретной природе действующих дефектов. Изучение относительной роли различных дефектов в различных группах процессов и при различных частных случаях наталкивается на экспериментальные трудности и пока только начинается. Сходное положение существует и в вопросе о значении дефектов для электронных физических свойств твердых тел. В этом вопросе интересы химии и физики твердого тела тесно переплетаются и возникает еще один пограничный участок между физикой и химией, наличие которого сулит большие возможности в управлении физическими и химическими процессами в полупроводниках. Однако следует помнить, что в твердом теле действие дефекта своеобразно сочетается с кооперативными эффектами, обусловленными периодичностью строения твердых тел, и с макроскопическими эффектами заряжения. На этой стороне вопроса мы не имеем возможности останавливаться, но без учета сочетания коллективных и макроскопических эффектов с действием микродефектов нельзя получить правильной картины роли дефектов в химических реакциях твердых тел [1] [58]. [c.32]

Изучение причин влияния свободных электронов на каталитическую активность полупроводниковых катализаторов в настоящее время составляет один из важнейших предметов исследования в гетерогенном катализе. В 1936 г. Вагнер и Хауффе [3] начали изучение гетерогенно-каталитического разложения N2O и окисления СО на катализаторах NiO и СиО. С помощью измерений электропроводности удалось показать роль свободных электронов в этих каталитических реакциях. Позднее Вагнер [4] изучил разложение N2O на чистой окиси цинка и на окиси цинка, содержащей малые добавки ОзгОз. Доуден [5] дал обзор предшествующих работ и указал на существование параллелизма между активностью катализаторов-полупроводников р- и л-типа и строением их электронных дефектов. На основе работ Андерсона [6] и Гарнера с сотрудниками [7] Доуден, используя упрощенную зонную теорию полупроводников, предложил механизм газовых и электронных реакций на поверхности катализаторов. Однако трактовка носит качественный характер и еще недостаточно разработана, чтобы вывести из нее конкретный механизм реакции. Работая в этой же области, Гарнер с сотрудниками [8] получили ряд интересных сведений, касающихся механизма процессов адсорбции и десорбции. К их работам мы еще вернемся. [c.243]

Ковалентные сульфиды образуют в основном 5/з-металлы, особенно с конфигурацией внешних электронов ns4p (Al, Ga, In, Tl). Большая часть этих сульфидов имеет сложное кристаллохимическое строение, образуя слоистые и каркасные структуры. Ковалентные сульфиды являются полупроводниками. По химической природе эти сульфиды амфотерны, в воде почти нерастворимы, малоустойчивы по отношению к химическим реагентам. Многие из них реагируют с влагой воздуха с выделением HaS, активно взаимодействуют с кислородом, галогенами. [c.326]

Кинетика и механизм диффузионных процессов представляют огромный интерес для полупроводниковой электроники, техники квантовых оптических генераторов, процессов изготовления микроминиатюрных устройств, твердых и пленочных схем. Изготовление активных элементов, полупроводниковых схем п р— -переходов основано на диффузии легирующих примесей в полупроводниковый монокристалл из газа или расплава. Этот процесс сводится к налетанию молекул (атомов) из газовой фазьг и к диффузии их внутрь кристалла. Второй процесс медленнее первого. А так как диффузия примесей протекает по уравнениям первого порядка, то весь процесс псевдо-мономолекулярный. Таков же характер процесса травления полупроводника, если диффузионная стадия самая медленная. В этих случаях особую роль играет закош анизотропии кристалов, так как диффузия в кристаллах идет с разной скоростью в разных направлениях. Скорость роста кристаллов, скорость окисления кислородом,, скорость травления зависят от того, какая грань подвергается воздействию. Например, доказано, что различные грани кристаллов вольфрама обладают неодинаковой активностью по отношению к кислороду и разной способностью эмитировать электроны при нагревании между этими свойствами наблюдается коррелятивная зависи.мость. Медь быстрее всего окисляется в направлениях, перпендикулярных граням кубических кристаллов. Обнаружено,, что внутреннее строение пленки СигО определенным образом ориентировано по отношению к поверхности кристаллов меди, что называется явлением эпитаксии. [c.61]

Установление количеств, зависимости св-в кристаллич. в-в от их структуры пока оказывается возможным лишь в редких случаях (напр., расчет энтальпий сублимации орг. соединений). В настоящее время возможны гл. обр. качественные оценки, к-рые тем не менее имеют существ, практич. значение, напр., при изучении влияния малых добавок на синтез и св-ва монокристаллов (лазерных, люминесцентных, полупроводниковых и др. материалов), в вопросах физики и хи-Мин металлов и сплавов, полупроводников и др. Активно изучается влияние кристаллич. структуры на хим. р-ции в твердом теле. Кристаллохим. подход используется в техн. материаловедении (неорг. материалы, металлы, сплавы, цементы, бетоны, композиты, полимеры и др.). Изучение строения комплексов белок - субстрат, структуры нуклеиновых к-т в кристаллич. состоянии позволило модифицировать хим. состав белков с целью улучшения их бнол. ф-ций, что важно для биохимии, медицины и биотехнологии. [c.536]

Химия гетероциклических соединений — одно из ведущих направлений органической химии. Гетероциклические соединения различной природы служат основой многих природных и синтетических биологически активных веществ, а также обладают целым рядом других полезных свойств многие из них применяются, например, как органические полупроводники, фотоактив-ные материалы, антиоксиданты, присадки к топливам и маслам, материалы для активных сред жидкостных лазеров (на красителях), технические и пищевые красители, консерванты и т. д. Наряду с большой практической значимостью гетероциклические соединения представляют несомненный теоретический интерес как модели для изучения взаимосвязи химических свойств соединений с их строением, а также для разработки методов органического синтеза, что, конечно же, напрямую связано со строением соединения, причем важнейшее значение имеют размер цикла, степень насьиценности, природа и число гетероатомов. [c.5]

В нескольких последующих параграфах будут сделаны некоторые качественные заключения, касающиеся изучения свойств электропроводности. Для некоторых полупроводников, например для пятиокиси ванадия, которая является типичным катализатором окисления, было показано, что она имеет тенденцию удерживать или концентрировать проводящие электроны вблизи поверхности. В некоторых случаях было найдено, что уровни энергии электронов у поверхности могут возрастать или зависеть от присутствия инородных атомов в поверхностной фазе. Таким образом, примесж имеют тенденцию накапливаться в менее упорядоченной пограничной фазе и не нарушать правильного строения кристаллической решетки. Поэтому изучение твердых тел показало, что поверхность имеет свойства, значительно отличающиеся от свойств всего объема фазы. Это находится в соответствии с высказывавшимся ранее взглядом на природу катализатора, а именно, что поверхность твердого тела характеризуется специфическими особенностями и обладает активностью в каталитических реакциях. Кроме того, факт пакопле- [c.372]

Электронные схемы катализа на металлах разработаны пока еще недостаточно. Кроме теории Даудена [168], других теорий,, которые бы связывали так же стройно каталитическую активность с электронным строением металлов, как это сделано применительно к полупроводникам, пока не существует. По-видимому, первая брешь в стене, отделяющей нас от электронной теории катализа на металлах, пробита такими работами, как исследования Борескова [212], Бонч-Бруевича [170], Сокольского-[213], Гороховатского [214] и других [215]. [c.249]

Таким образом, активный катализатор окисления должен обладать способностью передавать подвергающейся окислению молекуле кислород через свою поверхность. Это служит верным признаком менее высокой энергии активации процесса по сравнению с гомогенным окислением, так как кислород на поверхности находится в более лабильном состоянии. Хотя большинство катализаторов окисления — р-полупроводники, возможно, что серебро (окисляющее этилен) и платина (окисляющая аммиак и двуокись серы) занимают особое положение. Это объясняется тем, что, несмотря на возможное протекание реакции в поверхностном слое окисла, электронное строение аммиака, двуокиси серы и этилена таково, что наличие хемо-сорбированпых ионов кислорода не относится к числу условий, необходимых для окисления. По-видимому, образование ковалентной связи между этими молекулами и поверхностью является более предпочтительным, чем адсорбция их в виде ионов. [c.316]

С точки зрения электрохимии полупроводников у окисных соединений, принадлежащих к полупроводникам р-типа, в частности закиси-окиси кобальта, СодО , можно ождать, при благоприятных условиятных,относительно высокую злектрокаталитическую активность в анодных процессах. Однако практическая реализации анодных реакций со значительными скоростями с участием основных носителей гока - дырок СодО - зависит от ряда факторов, а которым в первую очередь можно отнести электрофизические характеристики (электропроводность), степень и характер нарушения стехиометрии, электронное строение приповерхностного слоя электрода, его адсорбционную способность и т.д. [c.18]

Проблема флуктуаций особенно важна для полупроводников. Если на свойства металлов и других материалов концентрации примесей или отклонения от основного состава порядка 10" — 10 % практически не влияют, и очень мало влияет структура фазы, то в полупроводниках с этими факторами постоянно приходится считаться, ибо ничтожные отклонения (флуктуации) состава и строения в ультрамикрообъемах вызывают изменения свойств, имеющие огромное практи- ческое значение (например, возникновение шумов в, полупроводниковых приборах [15]). Кроме того, сами по себе полупроводники часто используются в микроколичествах, например в пленочных схемах, а некоторые активные области в них имеют протяженность всего от 20 до 2000 атомов. [c.259]