Проводники, изоляторы и полупроводники

Рис. 33.1. Схема расположения энергетических зон в изоляторе, полупроводнике и металлическом проводнике о — валентная зона, б — зона проводимости.

Рис. 40. Энергетические зоны в проводнике (а), полупроводнике (б) и изоляторе (а)

Химия играет важную роль в решении энергетической проблемы (химические источники тока гальванические и топливные элементы, аккумуляторы), в создании соответствующих материалов для электротехнической промышленности и атомной энергетики (проводники и изоляторы полупроводники материалы и горючее для атомных реакторов и т. п.). [c.182]

Проводники, изоляторы и полупроводники [c.119]

Особое место среди электропроводящих материалов занимают так называемые полупроводники. При низких температурах они характеризуются очень низкой электрической проводимостью, близкой к таковой диэлектриков — типичных представителей изоляторов. С повышением температуры их электрическая проводимость сильно (по экспоненциальной зависимости) повыщается, приближаясь к таковой металлов — типичных представителей проводников электрического тока. Кроме того, электрическая проводимость полупроводников сильно зависит от внешнего воздействия (давления, освещенности, наличия электрического и магнитного полей и т. п.), а также от содержания примесей и дефектов в кристаллах. Возможность в широких пределах управлять электрической проводимостью полупроводников изменением температуры, введением примесей, механическим воздействием, действием света, а также электрического и магнитного полей положена в основу их разнообразного применения. Их используют при изготовлении всевозможных диодов, транзисторов, тиристоров, фото- и термоэлектронных приборов, в качестве лазерных материалов и т. д. (см. разд. 1.22). [c.261]

Теперь можно рассмотреть основные различия между проводниками, изоляторами и полупроводниками. [c.119]

В зависимости от структуры атомов и симметрии кристаллической решетки валентная зона и зона проводимости могут перекрывать рис. 75, б) пли не перекрывать друг друга (рис. 75, а). В последнем лучае между зонами имеется энергетический разрыв, именуемый запрещенной зоной. В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества являются диэлектриками изоляторами), полупроводниками и проводниками (металлами). Ширина запрещенной зоны Af диэлектриков составляет более 3 эВ, полупроводников — от 0,1 до 3 эВ. В металлических кристаллах вследствие перекрывания зон запрещенная зона отсутствует. [c.116]

По способности проводить электрический ток вещества делятся на проводники, полупроводники и изоляторы (диэлектрики). Такое деление довольно условно. Нет веществ, абсолютно не способных проводить электрический ток, и иногда трудно отнести вещество к тому или иному классу. Электропроводимость зависит от температуры, давления, чистоты вещества (содержание примесей), кристаллической структуры (ср., например, алмаз и графит, белое и серое олово), характера химических связей и других факторов. [c.179]

Расположение зон (ближе или дальше друг от друга) и их заполненность электронами обусловливают свойства кристалла как диэлектрика (изолятора), полупроводника и проводника. При условии перекрывания валентной зоны и зоны проводимости вещество ведет себя как проводник. Если зоны не перекрываются, достаточно далеко удалены друг от друга и валентная зона полностью заполнена электронами, вещество проявляет свойства диэлектрика. Энергетический разрыв между зоной проводимости и валентной зоной называется запрещенной зоной. Количественно способность веществ проводить электрический ток оценивается по ширине запрещенной зоны Е. У диэлектриков ширина запрещенной зоны выше 3 эВ, у полупроводников от 3 до 0,1 эВ и у проводников (металлов) запрещенная зона отсутствует, АЕ=0 (рис. 4.15). [c.182]

В зависимости от ширины запрещенной зоны все кристаллические вещества подразделяются на проводники (металлы), полупроводники и диэлектрики (изоляторы). [c.84]

Все сказанное позволяет следующим образом конкретизировать влияние носителя химическая природа носителя оказывает решающее влияние на адсорбционное равновесие между активными центрами и исходными веществами, но свойства самого АПС не зависят от носителя, будь то изолятор, полупроводник или проводник. [c.125]

На основании этих представлений можно объяснить многие свойства металлов. На рис. 6-73 а показано, что при равновесных расстояниях между ядрами между заполненным и верхним незаполненным уровнями (зона проводимости) существует разрыв. Его нет на диаграмме, изображенной на рис. 6-73 б. Способность электронов перемещаться из высшей заполненной (валентной) зоны в соседнюю незаполненную (зона проводимости) отличает металлический проводник от полупроводника или изолятора. [c.281]

Схема расположения энергетических уровней в диэлектрике (изоляторе), полупроводнике и проводнике (металле) показана на рис. 1. Косой штриховкой изображены заполненные уровни электронов, прочно связанные с решеткой твердого тела, а прямой — свободные уровни электронов, или уровни проводимости. Электроны проводимости свободно передвигаются но всему кристаллу и служат переносчиками электрического тока. Металлы обладают наибольшим количеством электронов проводимости. [c.192]

По способности проводить электрический ток полупроводники занимают промежуточное положение между изоляторами и металлическими проводниками. Особенность полупроводников — ярко выраженная способность повышать электропроводность с повышением температуры. В результате интенсивного теплового движения атомы утрачивают наружные электроны, которые служат носителями электрического тока. Достижения химии в разработке методов получения чистого кремния открывают большие возможности в развитии полупроводниковой техники. Для кремния необходима такая степень чистоты, чтобы на один миллиард атомов приходилось не больше одного атома иного элемента. Искусственно выращенные кристаллы чистого кремния используются в качестве полупроводников. [c.189]

В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества могут быть диэлектриками изоляторами), полупроводниками и проводниками металлами). У диэлектриков ширина запрещенной зоны кЕ составляет более 3 эв, у полупроводников от 0,1 до 3 эв. В металлических кристаллах вследствие перекрывания валентной зоны и зоны проводимости запрещенная зона отсутствует. [c.134]

Итак, полимерные тела, построенные на основе ковалентных связей, занимают среднее положение между ионными солями и металлами, причем переход от одного класса соединений к другому происходит постепенно по мере увеличения степени ионности или металлического характера связи. В табл. 6 приведены значения удельного сопротивления и ширины запрещенной зоны при комнатной температуре для изоляторов, полупроводников и проводников электричества, а также для взятых в качестве примера элементов IV группы периодической системы. [c.46]

Изолятор. . . Полупроводник Проводник. . Алмаз. . . . Кремний. . . Германий. . . Олово (серое) Олово (белое) [c.47]

Элементы можно подразделить на классы 1) проводники, 2) полупроводники и 3) неметаллы, или изоляторы. Элементы периодической системы, у которых 5-, й- или /-уровни заполняются электронами, т. е. элементы 5-, й- и /-блоков (см. табл. 2 на стр. 57), относятся к первому классу. В р-блок входят элементы всех трех классов, хотя аллотропные модификации некоторых из этих элементов принадлежат к различным классам. Хорошо известно, что в р-блоке периодической системы металлические свойства элементов в пределах отдельных групп усиливаются с увеличением их порядкового номера. Так, например, кислород и сера — изоляторы, кремний — изолятор или полупроводник в зависимости от кристаллической формы, в которой он находится, теллур — полупроводник, а полоний — проводник. [c.77]

Для хорошего функционирования ИСПТ между проводниками к электроду сравнения и к полупроводниковой подложке должно быть приложено достаточно высокое входное напряжение Ус. Это вызвано тем, что разность потенциалов между поверхностью и внутренней областью подложки должна быть достаточно велика для образования проводящего канала п-типа на границе раздела изолятор — полупроводник. Этот капал служит проводником между коллектором 1 и эмиттером 2 электронов, которые связаны с полупроводником посредством р—п-перехода. При наложении напряжения между коллектором и эмиттером в коллекторе начинает протекать потребляемый ток /о. В определенных условиях потребляемый ток является [c.89]

Так как свойства вещества — механические, электрические, оптические, химические — определяются энергетическим состоянием валентных электронов, то в первую очередь нас интересует соответствующий участок энергетического спектра. Параметры последнего — значения ширины валентной, запрещенной зон, зоны проводимости и положение различных локализованных уровней — могут быть определены путем изучения оптических спектров, электропроводности и других свойств твердого вещества (см. гл. IX). Зная эти параметры, можно решать обратную задачу определять по ним неизвестные нам свойства вещества. Не случайно общепринятое деление твердых веществ на изоляторы, проводники, полуметаллы и металлы основывается на значениях ширины запрещенной зоны. Возьмем, например, ряд простых веществ алмаз, кремний, германий, олово, свинец. Каждое из этих вещёств по-своему замечательно и каждое используется как незаменимый материал, но в совершенно различных областях техники, а кремний и германии находят применение в полупроводниковой технике. Природа данных веществ изменяется скачками, как атомные номера соответствующих элементов. Скачками изменяется и ширина запрещенной зоны при переходе от одного аналога к другому. Для алмаза эта величина составляет 5,6 эВ. Это — изолятор, самое твердое из веществ. Для кремния она равна 1,21 эВ. Такой энергетический барьер уже много доступнее для валентных элек- тронов отсюда полупроводниковые свойства данного вещества. Ширина запрещенной зоны германия 0,78 эВ — он полупроводник с высокой подвижностью носителей тока — электронов и дырок. Наконец, серое олово по ширине запрещенной зоны, равной всего 0,08 эВ, занимает последнее место в данном ряду и относится скорее к металлам, чем к полупроводникам, а белое олово — настоящий металл. Так с изменением ширины запрещенной зоны закономерно изменяется природа твердого вещества. [c.105]

Жидкости и твердые тела по электропроводности могут быть разделены на следующие категории изоляторы, полупроводники, проводники с ионной проводимостью, металлические проводники, сверхпроводники. [c.134]

Свойства металлов и ковалентных каркасных кристаллов можно интерпретировать в рамках представлений о делокализованных молекулярных орбиталях, рассматривая весь исследуемый объем вещества как одну гигантскую молекулу . Основанная на таких представлениях зонная теория позволяет объяснить многие наблюдаемые свойства проводников, полупроводников и диэлектриков (изоляторов). [c.640]

По каким свойствам можно отличить полупроводник от изолятора и проводника [c.69]

Следующая за ней разрешенная зона называется зоной проводимости. Относительное расположение этих зон для проводника, полупроводника и изолятора приведено на рис. 40. [c.131]

У диэлектриков эта величина обычно не превосходит 10" ом -см Величина же электрической проводимости полупроводников (в зави симости от условий их работы) может быть самой разнообраз ной, лежащей в широких границах 10 -i- 10 ом -см , т. е может изменяться в миллионы раз. Вообще следует отметить, что резкую грань между указанными тремя классами веществ (проводники, полупроводники, изоляторы) провести нельзя. [c.452]

Промежуточное положение между металлами и непроводниками электрического тока ( изоляторами) занимают полупроводники (рис. 111-65). Электронами у них заполнены все подуровни валентной зоны, но запрещенная зона ( ) настолько узка, что перевод части электронов в зону проводимости требует сравнительно небольшой затраты энергии (например, для кремния—1,10 эв, а для германия — 0,75 эв). Следовательно, само по себе вещество является непроводником, но более или менее легко превращается в проводник под влиянием некоторых внешних воздействий (усиления электрического поля, нагревания, освещения). По устранении таких воздействий электроны возвращаются на низший энергетический уровень и вещество вновь становится непроводником. [c.112]

В полупроводнике, представляющем собой химическое соединение, свободных носителей тока нет. Только тепловое движение, поглощение света или другие энергетические факторы приводят к возбуждению электронов и делают вещество проводником электричества. Тепловое движение ослабевает с понижением температуры, соответственно убывает и электропроводность полупроводников, падая до нуля. При достаточно низкой температуре полупроводник становится изолятором, и резкой границы между ними нет. В то же время металл нельзя превратить в проводники другого типа термической обработкой. [c.160]

В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества являются диэлектриками (изоляторами), полупроводниками и проводниками (металлами). Шащна запрещенной зоны АЕ диэлектриков составляет более 3 эв, полупроводников — от 0,1 эв до [c.149]

Распад метастабильных состояний лежит в основе целого ряда явлений, К ним относятся, в частности, Ограспад (см. Радиоактивность), колебат. и вращат. предиссоциацил, автоионизация атомов в сильном электрич. поле, ионизация атомов и молекул в сильном электромагн, поле. Туннельное прохождение электронов из одного проводника (или полупроводника) в другой через слой изолятора (туннельный ток) является макроскопич. эффектом, обусловленным Т, э. Это явление лежит в основе туннельной сканирующей микроскопии твердых тел. [c.18]

Сведения о полимерном строении цолучают, исследуя свойства растворов, 1Строение кристаллов, механические и физико-химические свойства неорганических полимеров. Структура нерастворимых полимеров, длина и углы связей, строение элементарной ячейки исследуются рентгенографическими и электронографическими методами. Неорганические вещества могут быть изоляторами, полупроводниками и проводниками электричества. Изучение электропроводности дает ценные сведения о их строении. Наблюдения за изменением теплоемкости и механических свойств полимеров в зависимости от температуры позволяют выяснить строение и свойства не только макромолекул, но иногда и надмолекулярных структур. [c.20]

В первой половине прошлого столетия определилась классификация материалов по степени электропроводности. Были выделены три группы проводники (металлы), полупроводники и изоляторы. При сильной загрязненности материалов, какими пользовались исследователи того времени, не удивительно, что и здесь не обошлось без ошибок. Некоторые вещества, причисленные к полупроводникам, позднее перекочевали в группу металлов, и наоборот. Такой типичный полупроводник, как германий, полстолетия ходил в металлах , пока глубокая очистка не позволила обнаружить его подлинные свойства. [c.31]

Полупроводниковая миграция энергии (зонная проводимость) отличается от рассмотренных тем, что энергия переносится с помощью относительно свободно перемещающихся зарядов. Все твердые тела по своим электрическим свойствам разделяются на проводники, изоляторы и полупроводники. В основу такого подразделения положен характер строения и заполнения электронами энергетических уровней (орбит). Каждая из электронных орбит атомов или молекул в твердых, преимущественно кристаллических телах, формирует зоны близкорасположенных уровней с участием лишь внешних валентных электронов (электроны внутренних оболочек прочно связаны с ядром). При этом возникают делокали-зованные орбиты, распространяющиеся практически на весь кристалл, и электрон получает возможность передвигаться в его пределах. В проводниках обычно создается одна зона, частично заполненная электронами. Поэтому при наложении напряжения заряды, используя незаполненные уровни, могут легко перемещаться — возникает электрический ток. В противоположность этому у полупроводников и изоляторов валентная (заполненная) зона энергетических уровней отделена от зоны проводимости не заполненной электронами запрещенной зоной АЕ. У изоляторов энергетическая ширина запретной зоны больше (Д >ЗэВ), чем у полупроводников (А ОэВ). Следовательно, у полупроводников электрический ток возникает только тогда, когда электрон из валентной заполненной зоны попадает в зону проводимости, т. е. приобретает внешнюю энергию, равную или большую АЕ. Одним из источников этой энергии является свет. При освещении резко возрастает электропроводность — явление фотопроводимости. Ширина запретной зоны определяется по красной границе электропро- [c.26]

В изоляторе 02 или 31зН4), отделяющем мембрану от полупроводниковой подложки (обычно это проводник р-типа), возникает электрическое поле, способное увеличивать или уменьшать плотность подвижных носителей заряда (дырок) в поверхностном слое полупроводника. Когда дырки отталкиваются от границы раздела изолятор — полупроводник обратно в полупроводник, в полупроводнике возникает зона поверхностного заряда. Если разность электрических потенциалов внутри и на поверхности полупроводника достаточно велика, то на поверхности образуется избыток подвижных электронов, или, другими словами, проводящий канал п-типа. Этот канал отделен от внутренней области проводника зоной поверхностного заряда. [c.89]

В периодической системе нет резкой границы между элементами с металлической структурой и элементами с ковалентной каркасной структурой (рис. 14-8). Это видно из того, что кристаллы некоторых элементов обладают свойствами, промежуточными между проводниками и изоляторами. Кремний, германий и а-модификация олова (серое олово) обладают кристаллической структурой алмаза. Однако межзонная щель между заполненной и свободной зонами в этих кристаллах намного меньше, чем для углерода. Так, ширина щели для кремния составляет всего 105 кДж моль (Как мы уже знаем, для углерода она равна 502 кДж моль .) Для германия ширина межзонной щели еще меньше, 59кДж моль а для серого олова она лишь 7,5 кДж моль Ч Металлоиды кремний и германий называются полупроводниками. [c.631]

Классификация Рогинского [1 ] основана на том, что на катализаторах первого класса получаются радикалоподобные, а на катализаторах второго класса — ионоподобные соединения она дает общий, и потому качественный, ответ на вопрос о селективности. В ее первоначальной форме эта классификация идентифицировала первый класс как электронные проводники (металлы и полупроводники), а второй класс — как твердые тела, в которых нет свободных электронов (изоляторы), и это подразделение послужило основой для так называемой электронной теории катализа, развитой, в частности, Волькенштейном [2] на основе чисто физической модели твердого тела. Однако ценность классификации Рогинского не связана с одной этой частной теорией. [c.14]

Большинство катализаторов гидрокрекинга—полупроводники. В отличие от металлов (проводники), для которых переход электронов из валентной зоны в зону проводимости осуществляется легко, без преодоления энергетического барьера, в полупроводниках этот переход требует преодоления энергетического барьера, так называемой энергии акт1шации электропроводности Это объясняется те.м, что в металле атомы — нейтральг ые частицы, и электроны обобществлены. В окислах или сульфидах находятся ионы металлов, и для отрыва электронов требуется затрата энергии. По-этo iy окислы металлов (кроме окислов-изоляторов) начинают проводить ток только после нагревания. В любом окисле или сульфиде всегда сл ществуют пpи [e и пли нарушение стехнометрического состава (избыток. металла или избыток металлоида). [c.145]

Почему графит - проводник, алмаз - изолятор, ни при нагревании ]о,/ у1]роиодник (высокотемпературный полупроводник) [c.103]

Электронная структура полимеров определяется характером существующей химической связи между атомами элементарного звена и между отдельными участками макромолекулы. Например, в молекуле белка кератине, являющегося основой строения натурального волокна — шерсти, существуют ковалентные полярные связи с высокой долей делокализации электронной плотности между атомами пептидной группировки -НЯС-СО-КН-, составляющей скелет макромолекулы. Кроме этого, внутри макромолекулы и между макромолекулами существуют другие виды химической связи, также определяющие пространственную конфигурацию (конформацию) макромолекулы водородные связи, вандерваальсовы и другие виды взаимодействий. Но электронн-ная структрура полимеров не всегда может быть представлена как сумма электронных структур отдельных его участков. Вследствие большого числа атомов, участвующих во взаимодействии, для полимеров, так же, как и для твердых тел, но при гораздо большем числе влияющих факторов, могут быть рассчитаны валентная зона и зона проводимости. По величине расщепления — разности энергий между ближайшими границами этих зон, могут быть выделены полимеры — изоляторы, полимеры — полупроводники и полимеры — проводники электрического тока. Для полимеров с бесконечными цепями атомов, обеспечивающих делокализацию электронов по всей макромолекуле, предсказывают и сверхпроводящие свойства. [c.613]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология