Структура полупроводников

Рис. 21.40. Зонная структура полупроводников типа а" в " (сфалерит) [138].

Рис. 21.41. Зонная структура полупроводников типа А В (вюрцит) [138].

Электронная структура полупроводников отличается от структуры металлов наличием энергетического разрыва (запрещенной зоны), отделяющего нижнюю валентную зону, полностью заполненную электронами, от верхней незаполненной зоны проводимости. [c.245]

Среди них наиболее широко применяются кондуктометрические полупроводниковые сенсоры на основе оксидов переходных металлов. Принцип действия полупроводниковых сенсоров оксидного типа основан на изменении состояния поверхностной структуры полупроводника вследствие адсорбции газа на его поверхности. Электроны адсорбированных молекул газа взаимодействуют с электронами и дырками в кристаллической решетке, что приводит к изменению поверхностного заряда. При этом общее число поверхностных состояний, которые вносят вклад в формирование поверхностного заряда, зависит от состава и парциального давления компонентов газовой среды, окружающей полупроводник. Изменение поверхностного заряда вызывает изменение сопротивления полупроводника, которое легко измерить. [c.559]

Кинетика процесса переноса заряженных частиц через границу раздела полупроводник— раствор обладает рядом особенностей, которые определяются электронной структурой полупроводников. [c.292]

Наличие в полупроводнике (Si, Ge и др.) примесей приводит к местным нарушениям структуры полупроводника и изменяет его свойства, прежде всего электрическую проводимость. Посторонние атомы в кристалле полупроводника либо отбирают у атомов хозяина электроны, недостающие им для установления, четырех ковалентных связей, либо отдают лишние внешние электроны. [c.286]

Зонная структура полупроводников кремний [c.76]

Основные энергетические величины, которые используют при обсуждении искаженной вблизи поверхности зонной структуры полупроводника или диэлектрика, схематически показаны на рис. 111.3. Эта схема отвечает кристаллу р-типа (р >> и ) с истощенным слоем рь > Ps Щ)- Здесь рь, щ, р и обозначают соответственно объемную плотность дырок, объемную плотность электронов, поверхностную плотность дырок и поверхностную плотность электронов. Можно также рассмотреть сходные диаграммы для кристалла / -типа с обогащенным слоем (рь Ps и > ns) или кристалла ге-типа с инверсным слоем рь Р , Р Так же [c.55]

Рис. 5.10. Влияние примесей на электропроводность четырехвалентного полупроводникового элемента а —образование дырок в структуре полупроводника с примесью бора б—образование свободных электронов в структуре полупроводника с добавкой мышьяка.

Вследствие того, что введение примесей может изменять электронную структуру полупроводника, вытекающее отсюда изменение его адсорбционных свойств может вести и к изменению каталитической активности и скорости реакции. Анализ этого вопроса с точки зрения электронных представлений для некоторых конкретных случаев и в общем виде дан Ф. Ф. Волькенштейном [159]. [c.70]

Полупроводниковые фильтры. Для оптических свойств полупроводников наиболее типично существование резкого края поглощения Яо. Полупроводник непрозрачен для излучения с длиной волны, меньшей Ац, и прозрачен для более длинноволнового излучения. Положение края поглощения определяется зонной структурой полупроводника и соответствует энергии перехода из валентной зоны в зону проводимости. Естественно, что заполнение уровней валентной зоны определяется температурой, поэтому положение края поглощения также сильно от нее зависит. [c.238]

Электронная структура металлов зависит главным образом только от их химической природы. Структура полупроводников зависит также и от других факторов от наличия акцепторных или донорных примесей в объеме, от характера поверхностных состояний (который, в свою очередь, во многом определяется способом предварительной обработки поверхности), от воздействия светового излучения и др. Таким образом, электронная структура полупроводников определенного химического состава может колебаться в широких пределах. Этим объясняется, в частности значительный разброс экспериментальных данных у разных авторов. Для получения воспроизводимых результатов необходимо четко фиксировать все факторы, которые могут влиять на состояние полупроводника. [c.294]

Такое перемещение электронов, следуя Шокли, можно уподобить движению автомашин в гараже. На этаже, полностью заполненном машинами, они не могут двигаться. В наполовину заполненном этаже число машин, способных двигаться в заданном направлении, максимально. Наличие одной или двух машин на этаже или, наоборот, наличие лишь нескольких свободных мест не может привести к сколь-ко-нибудь значительному потоку автомобилей в заданном направлении. Полупроводники с небольшим числом электронов в зоне относят к п-типу, а полупроводники с небольшим числом вакансии в зоне (их называют дырками) —кр-типу, позднее мы обсудим это подробнее. Незначительное различие в электронной структуре полупроводников и диэлектриков приводит, однако, к значительному-различию в их электрических свойствах. [c.44]

Наличие определенных примесей и дефекты кристаллической структуры полупроводников значительно влияют на их электрические свойства. Например, небольшая добавка бора к кремнию (один атом бора на 10 атомов кремния) приводит к многократному увеличению проводимости. [c.192]

Если у атома примеси на внешнем уровне электронов больше, чем у атомов, образующих кристалл, то этот атом превращается в положительный ион, переводя лишние электроны в зону проводимости кристалла и заполняя и 4и дырки в валентной зоне. Это донорные примеси, которые увеличивают электронную проводимость полупроводника и уменьшают его дырочную проводимость. У алмазоподобных структур полупроводников, как у Si и Ge, такими донорийми примесями являются As, Sb, Se, т. е. атомы элементов V—VHa-rpynn. [c.286]

При графическом изображении зонной структуры полупроводника общая энергия электрона откладывается по оси ординат, а расстояние вдоль кристалла — по оси абсцисс. Типичный график показан на рис. I. Электронные уровни, соответствующие междуузельным атомам цинка (так называемым донор-ным примесям, так как они отдают электроны в зону проводимости), изображены с помощью небольших штрихов, дабы подчеркнуть тот факт, что электрон локализован вблизи междуузельного атома цинка (энергетические уровни, образующие зону проводимости и заполненную зону, не соответствуют локализованным электронам). Как показано на рис. 1, энергия однократной ионизации междуузельного атома цинка составляет [c.290]

При исследованиях полупроводников возникает необходимость установить количество фаз в системе сингонию, вид симметрии, строение элементарных ячеек фаз периоды идентичности химический состав фаз тип реальной структуры кристалла является ли фаза фазой постоянного или переменного состава в последнем случае — область гомогенности фазы степень упорядоченности структуры величину кристаллитов в поликристаллическом материале магнитную структуру полупроводника и др. [c.133]

Однако реальные полупроводники всегда имеют примеси, которые существенно влияют на характер электрической проводимости, в этом случае называемой примесной. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют на валентной электронной оболочке большее число электронов, чем их число на валентной электронной оболочке атома основного элемента полупроводника. Например, примеси атомов элементов V или VI главных подгрупп периодической системы в кристаллической решетке кремния (IV главная подгруппа) будут донорными. В зонной структуре полупроводника появляются дополнительные электроны проводимости. Если атом примеси содержит меньше валентных электронов, чем атом основного элемента, то полупроводник содержит в валентной зоне дополнительные свободные МО, на которые могут переходить валентные электроны. Такие примеси называются акцепторными, они приводят к появлению дополнительных дырок проводимости. По отношению к кремнию такими примесями будут элементы III главной подгруппы. Полупроводники с преобладающим содержанием донорных примесей называются полупроводниками с электронной проводимостью или п-типа. Если же преобладают примеси акцепторные, то полупроводники называются полупроводниками с дырочной проводимостью или р-типа. Для получения примесных полупроводников полупроводники, полученные специальными кристаллофизическими методами в сверхчистом состоянии, легируются элементами акцепторами или донорами электронов в микродозах, не превышающих 10 %. Примеси резко изменяют собственную электрическую проводимость полупроводников, поскольку количество носителей заряда, поставляемых ими обычно больше, чем их число в чистом полу-прово,цнике. Так, чистый кремний имеет удельное электрическое сопротивление электронной проводимости около 150-10 Ом-м, дырочной проводимости в.4 раза, электронной проводимости после легирования фосфором и дырочной проводимости после легирования бором — в 20 раз меньше. [c.636]

Зонная структура полупроводников. Важнейшим параметром, который характеризует зонную структуру полупроводников, является ширина запрещённой зоны или энергетическая щель Eg. Eg представляет собой разность между максимальной энергией валентной зоны и минимальной энергией зоны проводимости. В случае, когда эти экстремумы расположены в одной точке зоны Бриллюэна, щель является прямой (dire t gap, E g). В противном случае щель — непрямая (indire t gap, Eig). Небольшие изотопические эффекты в электронном спектре возникают в основном по двум причинам [206]. Во-первых, из-за электрон-фононного взаимодействия, перенормирующего электронные энергии. Здесь выделяют два типа взаимодействий — собственно- [c.90]

В твердотельном детекторе используется процесс образования в полупроводнике электронно-дырочных пар при попадании в него электронов с высокой энергией. Электронная структура полупроводника включает незаполненную зону проводимости, разделенную запрещенной зоной от полностью заполненной валентной зоны. Когда электроны с высокой энергией испытывают неупругое соударение, электроны переходят в зону проводимости, где они могут свободно перемещаться, оставляя на ста-)ых местах в валентной зоне дырки, которые также могут пе-земещаться под действием приложенного поля (рис. 4.20) 85, 86]. Предоставленные сами себе свободный электрон и дырка в конечном итоге рекомбинируют. Приложенным полем электрон и дырка могут быть разделены. Это поле может быть [c.129]

Зонная структура полупроводников аналогична зонной структуре диэлектриков, и лишь ширина запрещенной зоны не так нелика. Обычно она составляет 0,5—3,0 эВ. По крайней мере ы к тсрая часть электронов обладает достаточным запасом тепловой энергии, чтобы перейти в пустую зону. [c.76]

На протяжении целого ряда лет измерение отнотательной отражательной способности поверхностей служило основой для изучения зонной структуры полупроводников. Вплоть до недавнего времени считалось маловероятным, чтобы такие измерения могли дать полезную информацию в случае металлов, хотя вопрос о плазменной частоте связан непосредственно с интерпретацией эллипсометрических данных, в особенности при использовании достаточно большой области длин волн. Исследования относительной отражательной способности делятся на несколько разделов. В первую очередь мы рассмотрим отражение, связанное с интерференционными эффектами при изучении относительно толстых окисных пленок на таких металлах, как тантал и цирконий, поскольку условия здесь похожи на уже обсуждавшиеся выше в связи с эллипсометрией окисных пленок. [c.446]

Модулирование отражательной способности продольным электрическим полем было успешно использовано при изучении зонной структуры полупроводников [119, 120]. В течение некоторого времени считалось, что проникновение низкочастотных полей (100 Гц) в металлы недостаточно для изменения отражательной способности. Однако Фейнлейб [121] обнаружил это явление на серебре и золоте. Современные теории связывают эффекты модулированного электроотражения с влиянием низкочастотного поля на структуру энергетических зон, которое выражается в появлении осциллирующей сингулярности при критических энергиях [122]. Длина экранирования Томаса-Ферми для статического заряда в электронном газе в полупроводниках по порядку величины равна длине волны света, однако в металлах она совпадает с атомными размерами (см. ниже, а также [129]), что мешает проникновению электрического поля в металл. Следовательно, электрическое поле не должно оказывать заметного влияния на зонную структуру на глубине порядка 100 Д, зондируемой падающим светом. Однако исследования [121], выполненные на серебре, меди, золоте и вольфрамовой бронзе, напротив, показали, что отношения AR/ R имеют величины, характерные для полупроводников. [c.450]

Электронная структура полупроводников также раосматривается зонной теорией [114, 194, 239—241]. [c.62]

Таким образом, специфика электронных свойств полупроводников приводит к определенным закономерностям адсорбции на этих веществах. Избирательность и скороеть адсорбции, заряжение адсорбционного слоя, прочность адсорбционной связи-зависят от электронной структуры полупроводника и могут регулироваться соответствующими ее изменения ми. Такие изменения могут быть осуществлены введением определенных [c.67]

Прямой фотолиз воды требует использования света с энергией квантов 6 эВ, которых практически нет в солнечном спектре. Одним из методов многоступенчатого процесса использования света с меньшей энергией квантов является процесс фотоэлектрохимического разложения воды. Фотоэлек-трохнмические устройства [513] для преобразования солнечной энергии делятся на две группы в зависимости от того, где именно происходит поглощение света и, следовательно, первичный фотопроцесс в растворе (это так называемые фотогальванические элементы) или на электроде. Фотогальвани-ческие элементы имеют КПД в несколько процентов, поэтому их практическое использование пока имеет малую перспективу. Основным объектом исследования стали фотоэлектрохимическне элементы с полупроводниковыми электродами. Как показали исследования, требования к совершенству кристаллической структуры полупроводника в случае фотоэлектрохимических элементов менее жестки, чем в случае с твердотельными полупроводниковыми преобразователями энергии (солнечными батареями), что и послужило основной причиной широкого развития работ по фотоэлектрохимическим элементам с электродами из полупроводников [513]. [c.338]

Раньше мы выяснили, что структура металло1В оказывает влияние на активность катализаторов, а какое же она- ченне для катализа имеет структура полупроводников [c.18]

Весьма перспективным кажется метод электроотражения. В течение ряда лет он применялся, в частности в электрохимическом варианте, для изучения зонной структуры полупроводников [23]. В последние годы его используют для измерения поверхностного потенциала полупроводниковых электродов. Теория злектроотражения от области пространственного заряда полупроводникового электрода развита недавно Тягаем [24, 25]. [c.10]

Для полупроводниковых кристаллов большое значение имеют вторичные Д. с., к-рые возникают на основе дефектов по Шотткп и дефектов по Френкелю и могут быть названы нару шениями идентичности в расположении атомов кристалла. Сюда относятся различные дефекты в структуре полупроводников, к-рые могут значительно изменить структурно-чувствительные свойства этих кристаллов (см. Полупроводники). [c.538]

Электронная структура полупроводника отличается от структуры металла. В полупроводниках энергетические уровни внешних электронов атомов образуют почти полностью заполненную валентную зону (рис. 4). Выше этой зоны располагается зона проводимости, в которой почти нет электронов. Между этими двумя зонами в полупроводнике нет энергетических уровней, которые могли бы занимать электроны, т. е. расположена так называемая запрещенная зона . При достаточно больших тепловых колебаниях электроны из валентной зоны могут перепрыгивать в зону проводимости и участвовать в переносе электрического заряда. По мере увеличения температуры все больше электронов достигают зоны проводимости, поэтому с увеличением температуры электро-проводрюсть полупроводника увеличивается. Электрон, перепрыгивающий из валентной зоны, В1юснт в зону проводимости отрицательный заряд. Согласно закону сохранения заряда, при образовании заряда определенного знака одновременно должен появиться заряд противоположного знака. Таким образом, электрон оставляет в валентной зоне вакантное место — дырку или вакансию — с противоположным зарядом. С химической точки зрения это означает, что от атома германия отделяется электрон, который может свободно передвигаться по кристаллической решетке, в то время как образовав- [c.18]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология