РАЗУПОРЯДОЧЕННОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Подавление фононной теплопроводности диэлектриков и полупроводников с ростом степени изотопического беспорядка в кристаллической решётке (см. ниже) оказывается одним из самых сильных изотопических эффектов. Однако, как ожидается на основе теоретических представлений, фононная компонента теплопроводности металлов и сплавов слабо зависит от изотопического состава как при изменении атомной массы изотонически чистого металла, так и при изменении степени изотопического разупорядочения в изотопических смесях. Причина этого заключается в том, что в чистых металлах при высоких температурах решёточная теплопроводность ограничена фонон-фононными процессами релаксации, которые слабо зависят от массы изотопа и не зависят от степени изотопического беспорядка. При низких температурах (напомним, что сравнение делается по отношению к температуре Дебая) определяется процессами электрон-фононного рассеяния, скорость которых почти не меняется с изменением изотопического состава. В неупорядоченных сплавах большое количество легирующих примесей и других дефектов решётки вызывает сильное рассеяние фононов, значительно уменьшая решёточную теплопроводность. В результате этого рассеяние фононов на изотопическом беспорядке оказывается малой добавкой к суммарной скорости релаксации фононов и, соответственно, мало изменяет Яф. [c.79]

Кроме ионной, в кристаллах может существовать и электронная разупорядоченность, приводящая к электронным дефектам. Последняя возникает при термическом расщеплении валентных свя-зяй, в результате которого образуются одинаковые количества свободных электронов и дырок. Такая разупорядоченность характерна для кристаллических полупроводников, например Si, Ge, Si . [c.172]

Сульфид свинца может проявлять свойства как п-полупроводника, так и р-полупроводника в зависимости от характера нарушения стехиометрии. Сульфид, содержащий избыток свинца, действует как электронный проводник. Избыточное содержание серы ведет к появлению дырочной электропроводности, а образцы с минимальной проводимостью имеют смешанную электропроводность, т. е. содержат как электроны, так и дырки (амфотерный тип разупорядоченности). Такой тип амфотерной электропроводности доказан также и у оксидов щелочноземельных металлов. [c.289]

Взаимодействие светового потока, представляющего собой переменное электромагнитное поле, с электромагнитным полем кристалла описывается методами квантовой механики. Сущность явления взаимодействия сводится к тому, что световая волна в кристаллическом пространстве индуцирует электродвижущую силу, численное значение которой пропорционально величине металлической связи и количеству всевозможных дефектов, так называемых центров окраски. Под влиянием световой волны возникает разупорядочение электромагнитного поля кристалла, что вызывает селективное, или полное, поглощение лучистой энергии. Поэтому кристаллы-проводники или полупроводники полностью поглощают вет, непрозрачны, отражение света ими максимальное, что обусловливает блеск металлический или полуметаллический, светлую или темную окраску. [c.59]

При разупорядоченности с недостатком катионов возникает дырочная проводимость (полупроводники р-типа), которая значительно меньше электронной. Следовательно, такой тип разупорядоченности вызывает повышение электросопротивления и вследствие этого уменьшение потерь на вихревые токи. [c.108]

В имеющейся литературе существует также значительный разрыв между описанием явлений электронного переноса в твердых телах (главным образом, в металлах и валентных полупроводниках) и различными диффузионными процессами. Вместе с тем статистико-термодинамическая теория разупорядоченности позволяет рассмотреть проблему транспорта в твердых телах в рамках единого формализма и тем самым значительно уменьшить указанный разрыв. При этом оказывается возможным связать воедино большое число самых различных явлений, обусловленных переносом вещества и электричества в твердых телах, в том числе и кинетику гетерогенных процессов, сопровождающих твердофазные химические реакции. [c.6]

Однако, как показало развитие теории твердого тела, деление на полупроводники и изоляторы чрезвычайно условно в зависимости от температуры и содержания примеси одни и те же твердые тела могут быть как полупроводниками, так и изоляторами. В то же время как в тех, так и в других характер разупорядоченности в значительной степени определяется типом химической связи. Поэтому в дальнейшем мы будем придерживаться более узкой классификации неметаллических твердых тел и подразделять их, с одной стороны, на полупроводники и изоляторы с преобладающей ковалентной связью, а с другой — на соединения с преобладающей ионной связью. [c.28]

Как было описано в гл. 1 (см. раздел 1.6), в собственных полупроводниках доминирующей реакцией разупорядочения является собственная ионизация, в результате которой образуются электроны проводимости и дырки [c.102]

Уравнение (4.2) аналогично уравнениям (3.12), (3.16) и (3.20), полученным в предыдущей главе для реакции собственного атомного разупорядочения, и является основным соотношением, определяющим концентрации электронных дефектов в собственных полупроводниках. [c.103]

Из соотношения (4.6) вытекает физический смысл константы собственной ионизации Кг. это есть равновесная концентрация электронных дефектов в собственном полупроводнике, аналогично тому как константа Шоттки есть равновесная концентрация дефектов Шоттки в кристалле с атомной разупорядоченностью. Формула (4.7) показывает, что концентрация электронных дефектов экспоненциально растет с температурой аналогично концентрациям собственных атомных дефектов, рассмотренных в предыдущей главе. [c.103]

Проведенный анализ показывает, что любой полупроводник, содержащий фиксированную концентрацию примеси, может иметь в зависимости от температуры как примесную, так и собственную разупорядоченность. Переход от примесной разупорядоченности к собственной происходит при некоторой критической температуре Ткр, отвечающей условию [О] =2/С1(7 кр). Подставляя сюда значение из формулы (4.5), находим [c.106]

Решения, полученные в данном разделе, имеют чрезвычайно важное значение для физикохимии полупроводников. Они пока-зывают, что в области примесной разупорядоченности концентрации электронов проводимости или дырок, а следовательно, величина и характер электропроводности полупроводников могут регулироваться содержанием донорной или акцепторной примеси. Легирование полупроводников необходимым количеством подходящих примесей позволяет создавать нужную концентрацию носителей тока и поэтому является одним из важнейших путей получения материалов с заданными физико-хими-ческими свойствами. [c.109]

Независимо от характера электронной разупорядоченности в любом полупроводниковом кристалле с неионной химической связью всегда имеется собственная атомная разупорядоченность, включающая один или несколько сортов нейтральных атомных дефектов их равновесные концентрации определяются соотношениями, выведенными в гл. 3. Однако общая картина атомной разупорядоченности в полупроводниках обычно значительно сложнее, чем в металлических кристаллах, поскольку атомные дефекты в результате взаимодействия с электронами проводимости или дырками могут переходить в заряженное состояние. При значительных концентрациях заряженных атомных дефектов их следует учитывать в условии электронейтральности и, таким образом, нужно рассматривать комбинированную атомно-электронную собственную разупорядоченность. [c.111]

Собственно-дефектными полупроводниками могут быть и кристаллы химических соединений. Так, в бинарном соединении МХ, обладающем атомной разупорядоченностью Шоттки, электроны проводимости могут возникать за счет ионизации вакансий более электроотрицательного компонента X, играющих роль доноров. Образование доминирующих заряженных дефектов — электронов и ионизованных вакансий X в этом случае соответствует квазихимической реакции [c.114]

Из полученных решений видно, что электропроводность не-стехиометрического полупроводника минимальна в собственной области I, лежащей при промежуточных давлениях Х2. При всех типах атомной разупорядоченности электропроводность [c.128]

Характер примесной разупорядоченности ионных кристаллов, так же как и собственной, тесно связан с особенностями энергетического спектра электронов, прежде всего с большой шириной запрещенной зоны. Если в полупроводниках наиболее энергетически выгодным способом компенсации избыточного заряда примеси является образование дополнительных электронов в зоне проводимости или дырок в валентной зоне, то в ионных кристаллах разупорядочение электронов энергетически невыгодно по сравнению с образованием ионных дефектов. [c.136]

Нормальная концентрация дефектов DAg+ е решетке бромистого сереб ра относительно велика, так что всяким дополнительным разупорядочением, вызываемым давлением брома, можно пренебречь. В отличие от полупроводников, скорость образования которых определяется перемещением ионов, скорость образования ионных проводников, как это следует из уравнения (65), поскольку Та 0 Тк 1, определяется. величиной электронной проводимости (вдоль электронных дефектов). Согласно уравнению [c.167]

РеО является дырочным полупроводником. Это объясняется недостатком атомов железа по сравнению с стехиометрическим составом. Разупорядочение в решетке РеО осуществляется за счет вакансий Ре " в соответствии с уравнением [c.168]

В обоих случаях образуются три акцептора и кристалл становится полупроводником р-типа. Когда указанные процессы разупорядочения включают соот- [c.349]

Рассмотрим кристалл, находящийся в равновесии с газовой фазой, в котором основными дефектами в объеме будут Ух и е, т. е. кристалл, являющийся полупроводником п-типа. Тогда разупорядочение в объеме кристалла (х = сх5) будет определяться реакцией [c.561]

Аналогичным образом можно показать, что у кристалла, являющегося электронным полупроводником (Ki > K s), термодинамически мало различимы состояния с коэффициентом нестехиометрии Ь < K s (если кристаллу свойственно разупорядочение по Шоттки) или 5< Kf (для кристалла с разупорядочением по Френкелю), где К р определяется из уравнения [c.128]

Поскольку скачок показателя 5 определяется значением константы собственного разупорядочения (константами и Ki для электронного и ионного полупроводника соответственно), а эта константа уменьшается с понижением температуры, для получения строго стехиометрических кристаллов можно было бы рекомендовать осуществлять синтез при возможно более низкой температуре. Однако при этом следует иметь в виду, что снижение температуры увеличивает продолжительность установления равновесия в системе. [c.131]

Си б4 является полупроводником п-типа [1], что означает наличие преимущественного типа дефектов — вакансионного разупорядочения в кислородной подрешетке. И по этой причине массоперенос через Си У04 должен осуществляться и за счет подвижности кислорода. Последнее возможно как по вакансионному механизму в объеме твердой фазы, так и за счет одновременного переноса кислорода через газовую фазу. [c.136]

Применение метода термодинамического подобия для описания фазового перехода кристалл-жидкость предполагает изучение большого массива экспериментальных данных и выявление общих закономерностей в поведении термодинамических свойств при плавлении веществ. Использование таких закономерностей позволило бы распространить наши знания о плавлении на круг веществ, еще слабо изученных, а также прогнозировать поведение термодинамических свойств, характеризующих плавление, в более широких пределах изменения температуры и давления. Трудности в реализации указанного подхода при изучении плавления связаны с многообразием и сложностью механизмов плавления различных веществ. Для разных классов веществ наряду с позиционным разупорядочением можно выделить ориентационный, конфигурационный, колебательный механизмы плавления и ввести соответствующие составляющие энтропии плавления [51]. В работе [71] вводится понятие электронной составляющей для полупроводников, металлизирующихся при переходе из твердого состояния в жидкое. Существенный вклад в изменение энтропии при плавлении таких веществ обусловлен увеличением концентрации электронов проводимости в точке плавления. [c.48]

Существующие в настоящее время методы определения характера и степени разупорядочения полупроводников и ионных кристаллов, такие, как измерения гальваномагнитной или термо-э.д.с., реитгенодифракция, пикнометрический метод, метод гидростатического взвешивания, химический анализ, в случае тонких поверхностных окислов на металлах в растворе непригодны. Применение этих методов связано с извлечением образца из раствора или с изоляцией поверхностного окисла от металлической подложки. Между тем наибольший интерес представляют измерения в неравновесных условиях при наложении потенциала, поскольку отклонение от стехиометрии в окисных слоях в неравновесных условиях может сильно отличаться от такового в условиях равновесия. [c.36]

Изотопическая разупорядоченность решётки. Изотопический беспорядок в кристаллической решётке существенно уменьшает фононную теплопроводность диэлектриков и полупроводников, если они достаточно чисты химически и совершенны структурно. Этот эффект был предсказан И.Я. По-меранчуком [145] в 1942 г. Изотопы, хаотично распределённые в решётке кристалла, в большинстве случаев представляют собой точечные дефекты, т.е. дефекты, размер которых много меньше длины волны тепловых фононов, доминирующих в теплопереносе. Эти дефекты вызывают упругое рассеяние фононов рэлеевского типа. На основе теории возмущений И. Я. Померанчук рассчитал рассеяние фононов, вызываемое различием масс изотопов, и нашёл, что его скорость пропорциональна квадрату разности масс. [c.80]

В полупроводниках изотопическое разупорядочение приводит к сильному ограничению времени жизни фононов при низких температурах, что проявляется в подавлении фононной теплопроводности. Сильное рассеяние фононов на изотопах может также повлиять на термоэдс полупроводников в режиме фононного увлечения. Первой экспериментальной попыткой обнаружить влияние изотопического состава на термоэдс была работа B. . Оскотского и коллег [171], где было получено, что на температурный ход термоэдс [c.89]

На рис. 4.5 точка пересечения сплощных прямых [Ум и [Ух ] соответствует давлению рстех лежащему внутри интервала Р-—Р+, в котором преобладающими дефектами являются электроны и дырки. Это соответствует предположению, принятому при постановке рассматриваемой задачи о том, что при стехиометрическом составе кристалл является собственным полупроводником. Однако такое предположение не ограничивает применимости полученных приближенных решений, поскольку при их нахождении использовались лишь ограничения, накладываемые на параметры а и р. На рис. 4.5 возможный ход зависимостей для концентраций нейтральных вакансий изображен также пунктирными прямыми. Точка их пересечения, отвечающая стехиометрическому составу, находится при давлении рстех лежащем вне интервала собственной электронной разупорядоченности Р-—Р+, а именно в области II, в которой доминирующими дефектами являются электроны проводимости и положительные вакансии Ух+. Поэтому такой кристалл при стехиометрическом составе является собственно-дефектным полупроводником п-типа, а переход к собственной проводимости происходит лишь при избыточном содержании X. В остальном же поведение такого кристалла не отличается от ранее рассмотренного. [c.123]

Другие типы атомной разупорядоченности. Мы подробно рассмотрели нестехиометрический полупроводник МХг+б, в котором преобладающими атомными дефектами являются вакан- ии в подрешетках обоих компонентов (дефекты Шоттки), Задачу нетрудно обобщить и на случай произвольной атомной разупорядоченности, включающей дефекты Френкеля по компоненту М или X или антиструктурные дефекты. [c.124]

Приведенные формулы для упрощенных решений показывают, что при любой фиксированной концентрации примеси ионный кристалл может иметь либо собственную, либо примесную )азупорядоченность в различных температурных интервалах. Лримесная разупорядоченность, определяемая предельными решениями (5.27), (5,28), реализуется при достаточно низких температурах, при которых процесс собственного разупорядочения не вносит существенного вклада (константа Шоттки Кз мала). Напротив, при высоких температурах (больших значениях Кз) собственное разупорядочение является доминирующим и практически подавляет влияние примеси. В этом отношении поведение ионных кристаллов аналогично поведению полупроводников, подробно рассмотренному в предыдущей главе. Критическая температура Гкр, при которой примесная разупорядоченность переходит в собственную, определяется условием [c.139]

Совокупность упрощенных решений обобщенной системы уравнений будет содержать и все решения, найденные в предыдущем разделе для чистого кристалла. Прежде всего, это очевидно для исчезающе малых концентраций примеси. Так, если концентрация примеси мала по сравнению с одной из констант собственного разупорядочения ионных кристаллов Кз, Кр или Кар (обладающих соответственно дефектами Шоттки, Френкеля или антифренкелевскими дефектами), влияние примеси несущественно и концентрации доминирующих дефектов во всем интервале давлений неметалла определяются решениями I—III, полученными в предыдущем разделе. Аналогично, в случае полупроводника реализуются решения I—III, приведенные в разделе 4.4, если концентрация примеси мала по сравнению с константой собственной ионизации К1. [c.160]

При П[Хп>рцр будет преобладать электронная, или п-проводимость, а при n[i Различия между пир обычно гораздо больше, чем между х и [Хр, и потому именно концентрации носителей заряда определяют знак проводимости. В свою очередь характер электронной разупорядоченности, т. е. положение уровня Ферми и соотношение между лир, зависят от положения уровней собственных дефектов, природы и концентрации примесей и температурного режима получения люминофора. Это следует уже из того, что электроны и дырки могут принимать участие в компенсации валентности (см. гл. Ill, 2). Более подробный анализ этого вопроса будет дан в гл. VI. [c.137]

По классическим представлениям вне зависимости от того, представляются ли процессы, протекающие между металлом и шлаком, в виде реакций между окислами или между ионами, в основе уравнений лежит допущение о сохранении стехиометрических соотношений в расплаве. Это допущение требует известных коррективов. Твердые окислы уже давно рассматриваются как несте-хнометрические фазы переменного состава. Эти представления следует перенести и на л<идкне оксидные фазы, Нестехиометричность окислов связана с их электронной разупорядоченностью окислы с избытком металла будут иметь некоторую концентрацию квазисвободных электронов, т, е, обладать свойствами полупроводников л-типа, а окислы с недостатком металла — нолупроводиикоБ р-типа. Даже небольшая электронная разупорядоченность может существенно повлиять на физические свойства оксидных фаз. Особый интерес представляют окислы (СаО. MgO и др.), область гомогенности которых ничтожно мала и расплавы которых следует рассматривать как ионные расплавы, обладающие ничтожной концентрацией электронов проводимости, но с переменным химическим потенциалом электронов, зависящим от окислительно-восстановительного потенциала окружающей среды. [c.43]

Рассматривая окислы как фазы переменного состава со стехио-метрической и электронной разупорядоченностью, необходимо разделить эти химические соединения, правда чисто условно, на две группы. К первой группе окислов следует отнести соединения со значительными отклонениями от идеальной стехиометрии, измеримыми обычными методами химического анализа, т. е. гомогенные фазы переменного состава — низшие окислы железа, ванадия, титана, хрома и некоторых других элементов. Эти соединения как в твердом, так и в жидком состоянии обладают типичными свойствами полупроводников и вряд ли расплавы этих соединений можно вообще трактовать как системы строго определенных ионов. Для другой, большей части 1штересующих нас окислов, например, СаО, AlgO и многих других, область гомогенности ничтожно мала [c.45]

Полупроводниковые свойства РсгОз напоминают свойства окиси никеля (II), если не считать его амфотерность. Как показали измерения эффекта Холла и термо-э. д. с., а-РеаОз в зависимости от обработки в окислительной или восстановительной среде может быть электронным или дырочным полупроводником. Это же подтверждается тем, что электропроводность РезОз при 1000° С не зависит от парциального давления кислорода. При окислении РеаОз п-типа происходит переход в р-тип за счет возникновения вакансий в подрешетке железа, играющих роль акцепторных уровней. В чистой а-РсаОз преобладает собственная разупорядоченность и собственная проводимость, которая при малейших нарушениях стехиометрии уступает место электронной или дырочной проводимости. Ширина запрещенной зоны окиси железа (III) около 1,5—1,6 эв, а донорные уровни расположены на расстоянии 0,7 эв от дна зоны проводимости. [c.169]

Линейная связь между свободной энергией и температурой характерна для собственного электронного возбуждения. Используя данные Рашбрука [47], Джеймс и Ландсберг показали, что линейное изменение концентрации собственных носителей тока как функции 1/Т, а также и температурную зависимость ширины запрещенной зоны (АЕ) многих полупроводников нетрудно объяснить, если величину Л интерпретировать как свободную энергию. Джеймс также показал, что, несмотря на то что ширина запрещенной зоны, найденная из оптических данных (А опт)- отличается от ширины запрещенной зоны, определенной из термических измерений (Д тегж), температурная зависимость указанных величин (А опт и А терм) в первом приближении оказывается одинаковой. Отсюда следует, что величина АЯопт изменяется так же, как и свободная энергия возбуждения. Соответствующие формулы с ехр (— p/fe) в предэкспоненциальном множителе представлены в разделе IX. 1.5. Вероятно, что функции типа ехр (— р/й) появятся и для атомных дефектов. В разделе XIII. 1 отмечалось, что атомное разупорядочение можно описать, если исходить из нейтральных или заряженных дефектов, причем одни являются возбужденным электронным состоянием других. Если ширина запрещенной зоны зависит от температуры, то изменяется и энергия указанного возбуждения. Поэтому сомножитель ехр (— р/й), вероятно, имеется в выражениях предэкспоненциальных коэффициентов констант реакций образования заряженных и нейтральных дефектов, а также в уравнениях, содержащих отношение указанных коэффициентов. [c.321]

Состояния, подобные описанным выше, возникают при разупорядочении по Френкелю или антиструктурном разупорядочении. В первом случае междоузельные атомы А1 заменяют вакансии Ув, в последнем — Ав становится на место Ув и Вд на место Уд. Поведение системы, соответствующее рис. ХП1.8, а, типично для электронных полупроводников, например сульфида свинца и теллурида кадмия. С другой стороны, рис. ХП1.8, в характерен для ионных проводников, таких, как галогениды щелочных металлов. На рис. ХП1.8, б показано состояние в веществе со смешанной проводимостью, в котором по крайней мере при высоких температурах (область П) в процессе проводимости участвуют как электроны, так и ионы . [c.344]