Структура металл-диэлектрик-полупроводник

Рис. 113. Структура энергетических зон для металла (а), полупроводника (б) и диэлектрика (в). Заштрихованные участки соответствуют заполнению всех уровней электронами

Рис. 26.3. Диаграмма энергетических зон идеальной структуры металл - диэлектрик - полупроводник в отсутствие разности потенциалов.

Рис. 111-36. Структура энергетических зон металла (а), полупроводника (б) и диэлектрика (в) /—зона проводимости //—валентная зона ///—зайре-

Структура металл-диэлектрик-полупроводник [c.387]

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]

Схема зонной структуры твердых тел и заполнения зон электронами. а — диэлектрик, б — металл, в — полупроводник, г — полуметалл В — валентная зона, П — зона проводимости [c.136]

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]

МДП-структура — это структура металл—диэлектрик—полупроводник. 10- , 147 [c.147]

ПТ с изолированным затвором, часто называемые МДП-транзисторами (ПТ со структурой металл — диэлектрик — полупроводник), представляют собой модификацию ПТ, в которой тонкая пленка изолирующего материала, обычно диоксида кремния, отделяет затвор от канала. Это устраняет выпрямляющий переход, так что затвору можно придать любую полярность без управляющего тока. Электростатическое поле между затвором и каналом может менять распределение дырок или электронов в канале, определяя таким образом его сопротивление. МДП-транзистор имеет самый высокий входной импеданс среди всех ти--7 даны общепринятые обозначе- [c.558]

В полупроводниковых Г. с кристаллическими чувствит. элементами измеряют проводимость монокристалла или более сложной полупроводниковой структуры с р-и-переходами при изменении зарядового состояния пов-сти, т.е. концентрации или распределения зарядов на ней. Напр., для определения Н используют чувствит. элементы в виде системы слоев металл - диэлектрик - полупроводник (канальные транзисторы), причем верх, металлич. слой получают из Pd или его сплавов. Изменение зарядового состояния пов-сти достигается изменением контак Ь ной разности потенциалов между полупроводником и Й при растворении в последнем Н , присутствующего в анализируемой смеси. Диапазон измеряемых концентраций в инертных газах 10 " -10" %. [c.460]

Объяснение электропроводности металлов, полупроводников и диэлектриков дается на основе квантовой теории строения кристаллических тел — так называемой зонной теории. Рассмотрим некоторые общие положения этой теории. Переход атомных паров в кристаллическое вещество можно рассматривать как химическую реакцию, так как оптические, термодинамические, электрофизические и другие свойства твердых тел отличаются от свойств газов. Важно отметить, что атомные спектры газов имеют линейчатое строение, а спектры твердых тел имеют сплошной характер или полосатую, очень сложную структуру. Уже при взаимодействии двух одинаковых атомов дискретные атомные энергетические уровни расщепляются и превращаются в полосы. Тем большее расщепление уровней происходит, когда большое число N атомов, например лития, сближается с далеких расстояний до расстояний, на которых они находятся в кристаллической решетке. На рис. 70, а это расстояние между ядрами обозначено на оси абсцисс буквой о- По оси ординат отложена энергия. Находясь на больших расстояниях, атомы не взаимодействуют друг с другом, и диаграмма уровней будет такая же, как и для изолированного атома лития (1 25 ). При сближении атомов начнется взаимодействие между ними, прежде всего у каждого из них станет расщепляться уровень валентных электронов (2х). Уровень 2з) расщепляется в систему весьма близко расположенных N уровней, образуя целую полосу (зону) уровней. Более глубокие уровни при образовании кристалла оказываются совсем не расщепленными или только незначительно расщепленными. [c.233]

Таким образом, в зависимости от характера заполнения энергетических зон кристалла электронами атомная решетка может принадлежать металлам, полуметаллам, полупроводникам или диэлектрикам. Мы видим также, что принадлежность к тому или иному классу веществ определяется не только строением атома, но и кристаллической структурой вещества. Ярким примером может служить олово, существующее в двух аллотропных модификациях серое со структурой алмаза — полупроводник и белое с тетрагональной кристаллической решеткой — металл. Точно так же воздействие внешних условий может оказать существенное влияние например неметалл фосфор при давлениях выше 40 тыс. атмосфер становится металлом. [c.138]

Во время бомбардировки значительно повреждается структура самых верхних слоев кристалла (вакансии, агрегаты вакансий, выбоины, шероховатости), но отжиг при высоких температурах обычно дает в конце концов поверхности, параллельные плоскостям атомов, из которых состояла поверхность перед бомбардировкой. Практически обычно проводят несколько циклов бомбардировка — откачка — отжиг, причем условия меняются для каждого отдельного кристалла металла или полупроводника. Ионной бомбардировкой очищались также и поверхности диэлектриков [3]. Чистые поверхности окисных полупроводников можно получить окислением напыленной металлической пленки или распылением металла электрода в окислительной атмосфере, но при этом остаются некоторые сомнения относительно стехиометрии их состава. [c.126]

Для анализа физико-химических поверхностных свойств различных материалов могут быть использованы данные расчетов электронной структуры идеальных поверхностей диэлектриков, полупроводников и металлов — параметры поверхностных энергетических зон, распределение электронной плотности вблизи поверхности [27]. Поскольку особую роль в катализе играют локальные [c.132]

На рис. 26.3 представлена диаграмма энергетических зон идеальной структуры МДП в отсутствие разности потенциалов. Допустим, что полупроводником является кремний с акцепторной примесью, т.е. кремний / -типа. Обозначим энергетический барьер переноса электронов через диэлектрик символом фв- Как показано на рисунке, в состоянии равновесия уровни Ферми металла и кремния совпадают, а потенциал и распределение заряда везде постоянны. Если же к металлу приложить напряжение, а кремний заземлить, то система выйдет из равновесного состояния и уровни Ферми металла и кремния разделятся, причем разность между ними будет пропорциональна приложенному напряжению. Система становится, таким образом, своеобразным заряженным конденсатором, заряженными пластинами которого являются металл и полупроводник. [c.387]

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]

У алмаза электроны атомов углерода заполняют валентную зону. Перевод электронов в зону проводимости требует высоких энергий — ширина запрещенной зоны составляет А = 5,7 эВ, поэтому алмаз —диэлектрик (хотя по ряду других свойств его относят к полупроводникам). Кремний имеет структуру алмаза, и у него также заполнена валентная зона, но вследствие энергетической близости зоны проводимости и валентной зоны (Д =1,1 эВ) кремний проявляет свойства полупроводника. У графита валентная зона, содержащая 2р-негибридные электроны, и зона проводимости перекрываются, и эта модификация углерода, не являясь металлом, хорошо проводит электрический ток. [c.183]

Строгое и последовательное приложение ММО к металлам приводит к зонной структуре энергетического спектра электронов в них. В действительности металлы характеризуются не столько металлической связью, сколько металлическим типом зонной структуры, в которой отсутствует запрещенная зона. Причем с позиций -Мо ЛКАО можно трактовать особенности химической связи не только в металлах, но и в полупроводниках и диэлектриках, хотя еще недавно теория строения этих веществ считалась областью фи- [c.128]

Предлагаемое в третьей части сжатое описание строения простых жидкостей позволяет дать обзор особенностей, которые присущи структуре ие только простых, но в большинстве случаев и сложных жидких систем металлов, полупроводников, диэлектриков, низкомолекулярных жидкостей, полимеров, стеклоподобных фаз. Большинство хими-ческих процессов протекает в жидких средах, поэтому исследования структуры жидкостей полезны для многих разделов химии. Отметим, что XI глава книги посвящена простым квантовым жидкостям — изотопам гелия. Этот очень интересный и важный раздел теории жидких систем мало освещен в учебной литературе. Значение квантовых жид- [c.6]

К первому классу относятся поверхности большинства металлических кристаллов. Ко второму классу принадлежат поверхности полупроводников, диэлектриков и некоторых металлов (золото, иридий, платина). При этом поверхностная структура многих полупроводников может изменяться при изменении температуры. Например, кремний в процессе нагрева дважды изменяет поверхностную структуру — при 700 и 800° С. Такое поведение поверхности может быть объяснено релаксацией атомов у поверхности в направлении, перпендикулярном к плоскости поверхности [6] у некоторых металлов поверхностная релаксация атомов может привести к фазовому превращению в поверхностном слое. Например, на грани (100) золота, иридия, платины в поверхностном слое происходит превращение г. ц. к. в г. п. у. [c.446]

Еще большее входное сопротивление порядка. Ом (на постоянном токе и на низких частотах) имеют полевые транзисторы с изолированным затвором - с индуцированным или встроенным каналом (рис. 1.5, б и в). В таких полупроводниковых приборах, называемых МДП анзисторами, используется структура металл-диэлектрик-полупроводник, в которой металлическая контактная площадка затвора отделена от полупроводниковой пластины тонким слоем диэлектрика. Поскольку чаще всего в качестве полупроводникового материала применяется кремний, а диэлектриком является оксид кремния 8102, МДП-транзисторы называют еще МОП-транзисторами. [c.31]

По данным Мацуо и Эсаши [7], изготовление ИСПТ включает практически те же операции, что и изготовление ПТ со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДППТ). Конструкция ИСПТ представлена на рис. 25.1. [c.376]

Начать знакомство с физикой ДЗПТ лучше всето с транзисторов со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Такие транзисторы состоят из металлического электрода, полупроводника и разделяющего их тонкого (например, толщиной 100 нм) слоя диэлектрика, такого, как диоксид кремния (З Оз). Будем считать, что этот диэлектрик абсолютно не проводит электрический ток. Для упрощения обсуждения допустим также, что транзистор со структурой МДП обладает следующими идеальными характеристиками 1) работа выхода электронов в металле равна работе выхода электронов в полупроводнике Ф , 2) в диэлектрике отсутствует результирующий заряд 3) в диэлектрике нет подвижных заряженных частиц 4) на границе раздела между полупроводником и диэлектриком нет никаких особых поверхностных состояний. Анализ структуры МДП включает оценку распределения заряда и потенциала в зависимости от разности потенциалов между металлом и полупроводником. Завершив анализ идеальной структуры МДП, легко перейти к анализу аналогичных неидеальных структур. [c.387]

Заключение. В настоящем обзоре мы попытались представить в систематизированном виде данные по влиянию изотопического состава на различные свойства твёрдых тел — на постоянные кристаллической решётки, упругие свойства, фононы и другие возбуждения кристаллической решётки, на электро- и теплопроводность, на электронную структуру металлов и полупроводников и на фазовые превращения. В большинстве случаев изотопические эффекты малы, но есть обратные примеры, когда, как правило в изотопических смесях, изотопы оказывают сильное влияние на свойства твёрдых тел. Замечательным примером такого изотопического эффекта служит значительное (иногда в десятки раз) подавление теплопроводности диэлектриков и полупроводников. Исключительно высокая теплопроводность изотопически чистых полупроводников имеет хорошие перспективы использования в технике в тех случаях, где имеются большие тепловые нагрузки, например, в алмазных монохроматорах для синхротронного излучения [244] и в микроэлектронике [189, 190]. С точки зрения приложений изотопы кремния и германия находят применение для нейтронного трансмутационного легирования полупроводников [10,245]. Исследуются возможности использования изотонически обогащённого монокристалла кремния для точного определения числа Авогадро [58,59] с целью замены эталона килограмма. [c.95]

Рве, 130. Структура энергетических зон для металла (л), полупроводника ((Т) к диэлектрика (з). Заштри. ованные участки соогвстстнуют заполнению нсех уровней электро([ачи ф - электроны О - дырнн. [c.297]

Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ) — эмиссия электронов, вызываемая бомбардировкой тел электронами [7]. Электроны, бомбардирующие поверхность тела, называются первичными электроны, эмиттирован-ные телом, — вторичными. Вторичные электроны могут эмиттироваться как со стороны облучаемой первичным пучком поверхности тела (ВЭЭ на отражение ), так и — в тонкопленочных эмиттерах — со стороны поверхности, противоположной облучаемой (ВЭЭ на прострел ), Отношение числа электронов N2, испускаемых телом, к числу падающих на него за то же время первичных электронов N1 называется коэффициентом ВЭЭ о данного тела 0 = N 2 N1 = ИгОи /а — первичный и вторичный токи соответственно). Значение а зависит от свойств и структуры эмиттера, состояния его поверхности, энергии первичных электронов Ер и угла падения первичного пучка на поверхность эмиттера. В потоке вторичных электронов имеются две группы электронов истинно вторичные — электроны вещества, получившие от первичного пучка достаточно энергии для выхода в вакуум, и отраженные (упруго и неупруго) — часть первичного пучка, отразившаяся от поверхности эмиттера. При малых Ер (Ер < < 0,1 кэв) основную долю вторичных электронов составляют упруго отраженные электроны. С ростом Ер доля упруго отраженных электронов быстро уменьшается и при Ер > 0,1 кав составляет лишь несколько процентов всей ВЭЭ. Истинно первичные электроны имеют энергии от О до 50 эе. Наиболее вероятная энергия истинно вторичных электронов составляет 1,5—3,5 эв и при Ер > > 20 эв практически не зависит от Ер. Неупруго отраженными условно принято считать электроны вторичного пучка, энергия которых превышает 50 эв. Отношение числа неупруго отраженных электронов к числу первичных электронов Т] = N2 (Е2 > 50 эв)Иг называется коэффициентом неупругого отражения (в /2 входят и упруго отраженные электроны, но число их мало и на величинеТ1 не сказывается). В металлах и полупроводниках максимальное значение ст лежит в пределах 0,5—1,8. В некоторых диэлектриках (MgO, щелочногалоидные кристаллы) о значительно больше (10—20). Это обусловлено тем, что в таких материалах запрещенная зона велика Eg 6-Н12 эв), сродство к электрону мало (х < 1 эв), вследствие чего медленные электроны с энергией, лежащей между % и Eg, могут из большой глубины без потерь энергии подходить к поверхности тела и выходить в вакуум. При наложении на диэлектрик сильного электрического поля, направленного от эмиттирующей поверхности вглубь слоя (т. е. ускоряющего вторичные электроны к поверхности), о значительно возрастает. Обычно сильное поле создается бомбардировкой тонкого слоя диэлектрика на металлической подложке электронами с Ер, при котором о > 1. В результате поверхность диэлектрика заряжается положительно относительно металлической подложки до потенциала, близкого к потенциалу коллектора, на который отсасывается ток ВЭЭ. Ток ВЭЭ, возникающий в присутствии сильного электрического поля в эмиттере, состоит из двух компонент малоинерционной, быстро следующей за изменениями первичного тока (эта часть ВЭЭ называется вторичной электронной эмиссией, усиленной полем, ее инерционность <10 сек), и само-поддерживающейся, существующей и при отсутствии первичного пучка, после того как осуществлена первоначальная зарядка слоя. В некоторых случаях ВЭЭ с электродов вакуумных приборов, подвергающихся бомбардировке электронами, является нежелательным паразитным эффектом. Для его устранения электроды покрывают веществами с малым а углерод (сажа, ак-вадаг), титан, цирконий, дисилициды переходных ме- [c.457]

К последней группе макротел мы отнесем кристаллические макротела, в структуре которых нельзя выделить отдельные многоядерные химические частицы (молекулы, мрле-кулярные иоиы, свободные радикалы). Такие кристаллические тела представляют собой правильные решетки, в узлах которых расположены ядра. Все такие тела обычно подразделяют еще на кристаллы типа металлов, типа полупроводников, диэлектриков и так называемые типично ионные кристаллы, которые можно приближенно рассматривать как пространственные решетки, в узлах которых расположены одноатомные ионы. Эти дополнительные различия для дальней-, шего нам не существенны и мы на них останавливаться не будем. [c.143]

В твердых телах процессы, вызываемые действием ионизирующего излучения, имеют некоторые особенности, связанные со свойствами твердого состояния — регулярностью структуры (кристаллианостью и дефектностью—биографической и созданной излучением), электронным взаимодействием между составляющими твердое тело частицами (отсюда большая роль квазичастиц — экситонов, поляронов, фоноков, электронов проводимости и дырок), затрудненностью диффузии для крупных-частиц и др. Радиационные эффекты в твердых телах изучают как радиационные химики, так и радиационные физики. Радиационная физика в основном имеет дело с радиационными эффектами в металлах[365], полупроводниках [365, 367], неорганических стеклах [368, 369], диэлектриках — ионных кристаллах [370, 371] типа галогенидов щелочных металлов и оксидов-,, а радиационная химия исследует преимущественно низкотемпературные стекла [372], молекулярные кристаллы [373], поли- [c.253]

Известно, что высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) обладают слоистой структурой. Б подобных структурах, также как и в связанных состояниях воды, характеризуемым цепочечным упорядочением типа ( -О"—Н - -О —Н - ), куперовские пары имеют крайне малую длину когерентности ( 1нм), но вместе с тем большую плотность. Для объяснения механизма спаривания электронов в слоистых структурах оксидов предложено много моделей, которые включают образование биполяронов, электрон-дырочные взаимодействия и др. [4]. Б [6,7] переход с СП-состо-яние связывается с тем, что атомы кислорода ( - О"—), теряя электрон, становятся магнитными и заставляют ориентироваться соответствующим образом магнитные моменты рядом расположенных атомов. Считается, что образование кислородной нестехиометрии фаз в поверхностных структурах представляет собой фундаментальный интерес для высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), так как соответствующие оксидные фазы в зависимости от содержания кислорода могут быть диэлектриками, полупроводниками, антиферромагнетиками и металлами [7]. [c.133]

Химические превращения твердых веществ, зависящие от химического состава и строения последних, отражают их реакционную способность — склонность вступать с большей или меньшей скоростью в различные реакции. Эти превращения позволяют судить, во-первых, о природе твердых веществ и их свойствах во-вторых, о путях направленного синтеза твердых веществ и материалов на их основе, обладающих заданными свойствами в-третьих, об областях практического использования твердых тел различной природы (полупроводники, диэлектрики, металлы) и структуры (монокристаллы, поликристалл1-ь ческие и аморфные), а также композиционных материалов. [c.5]

В отличие от гомогенного для гетерогенного катализа нет единой теории, позволяющей описать все наблюдаемые явления. Особенность гетерогенных каталитических реакций заключается в образовании на твердой поверхности катализатора хемосорбирован-ных (на активных центрах) комплексов, которые не способны существовать индивидуально и не могут быть названы промежуточными соединениями. Хемосорбционные комплексы одного из реагентов в дальнейшем вступают во взаимодействие с компонентами реакционной смеси, образуя продукты реакции и освобождая активные центры поверхности. Характер взаимодействия в значительной мере зависит от электронной структуры твердого катализатора. С этой точки зрения активные металлы с их легкоподвижиыми электронами обычно склонны к образованию относительно прочных поверхностных комплексов и поэтому каталитически малоактивны. Диэлектрики с ничтожно малой концентрацией свободных электронов плохо образуют поверхностные комплексы и потому также не отличаются каталитической активностью. А на поверхности полупроводников и малоактивных металлов, которые характеризуются промежуточными значениями электронной концентрации, хорошо образуются метастабильные ассоциаты, чем и определяется их высокая каталитическая активность. Эти представления позволяют связать каталитические свойства полупроводников с другими их параметрами электрической проводимостью, энергией активации электрической проводимости, особым состоянием поверхности и т. и. Так, например, промотирование сульфатами щелочных [c.236]

Книга посвящена ряду вопросов теории жидких систем. Излагается теория межмолекулярных взаимодействий, в том числе теория реактивного взаимодействия полярных молекул. Рассмотрены методы описания структуры жидкостей с помощью понятий об ассоцнатах и комплексах, о функциях распределения частиц и флуктуациях. Выполнен систематический овзор структуры и свойств простых жидкостей, что даст основу для понимания структуры и ряда свойств более сложных жидких систем металлов, полупроводников, диэлектриков, иизкомолекулярных жидкостей, полимеров, стеклоподобных фаз. Приведено описание строения, свойств и теории простых квантовых жидкостей. [c.2]

Другой характерной особенностью зонной структуры кремния является то, что следующая вакантная 4я-зона не перекрывается с валентной на межатомных расстояниях г = Го, а отделена от последней зоной запрещенных энергий АЕ. Электроны, находящиеся в валентной зоне, участвовать в электрической проводимости не могут, так как в этой зоне все состояния заняты. Для возбуждения электрической проводимости необходимо любым путем (нагревание, облучение) сообщить электронам энергию, равную АЕ (рис. 90, б). Тогда возбужденные электроны попадают в свободную 4в-зону, которая называется зоной проводимости, и становятся способными участвовать в электрической проводимости. Энергетический промежуток между верхним краем (потолком) валентной зоны и нижним краем (дном) зоны проводимости (АЕ) называется шириной запрещенной зоны. Эта величина представляет собой важнейшую характеристику кристаллического вещества. В зависимости от ширины запрещенной зоны все кристаллические вещества подразделяются на три класса металлы, полупроводники и изоляторы (диэлектрики). В мета.ллах ширина запрещенной зоны равна нулю, так как заполненная и свободная зоны перекрываются между собой и, в сущности, валентная зона одновременно будет и зоной проводимости. Именно способность валено ных электронов в металлах к свободному перемещению по всему объему кристалла и обусловливает их высокие электрическую пройодимость и теплопроводность. [c.191]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология