Щель полупроводниках

Ковалентные каркасные кристаллы. Диэлектрики (изоляторы). Запрещенная зона, или межзонная щель. Полупроводники. [c.601]

Различие между диэлектриками, металлами и полупроводниками можно понять, принимая во внимание степень заполнения энергетических зон. В диэлектрике все зоны, которые содержат электроны, полностью заполнены, и энергетическая щель между зонами велика. В металле высшая занятая зона заполнена наполовину. По мере понижения температуры металлы начинают лучше проводить электричество, так как тепловые колебания атомов решетки уменьшаются и атомы меньше препятствуют движению электронов проводимости. [c.589]

Полупроводники. В тех случаях, когда энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости достаточно мала, элекгроны за счет поглощения тепловой энергии (выражаемой величиной кТ, где k — постоянная Больцмана, равна 1,3807 X X 10-2 Дж-К ) могут перейти из валентной зоны в зону проводимости, обеспечивая появление электронной проводимо- [c.136]

Диэлектриками являются неионизованные газы, а также жидкости и твердые тела, характеризующиеся полностью заполненной электронами валентной зоной и полностью свободной зоной проводимости. Если термического возбуждения электронов на уровни зоны проводимости не происходит, то такие вещества ведут себя как изоляторы. При малой энергетической щели Д или при большей температуре эти вещества ведут себя как полупроводники. Диэлектрики и полупроводник , в отличие от металлических проводников, экспоненциально уменьшают объемное сопротивление при повышении температуры. [c.320]

Примеси специально вводятся в кремний и германий для создания полупроводниковых свойств. То, что кремний и германий не являются проводниками электричества, может быть объяснено с помощью зонной теории металлов (см. стр. 237). Все валентные электроны в этих кристаллах находятся в полностью заполненной зоне, и между этой и следующей зоной (пустой) имеется энергетическая щель, которая не может быть преодолена обычным путем. При повышении температуры увеличивается число электронов, обладающих избытком энергии, достаточным для перехода через щель в следующую зону, и, поскольку эта зона почти полностью пустая, такие электроны могут двигаться при наложении электрического потенциала. Сопротивление полупроводника в отличие от металла убывает при повышении температуры. Полу-проводимость кремния и германия значительно возрастает при специальном введении примесных атомов из групп П1 или V. Эти атомы, вероятно, не занимают положения в [c.260]

Полупроводники. Термин полупроводник означает, что вещество обладает свойствами как изолятора (обычно только при низких температурах), так и проводника. Рассмотрим вещество с энергетическими зонами, приведенными на рис. 4.16, т. е. с очень небольшой энергетической щелью между заполненной и вакантной зонами. При 0° К такое вещество было бы изолятором, но потребовалось бы очень мало энергии для возбуждения электронов с верхних уровней заполненной зоны на нижние уровни вакантной зоны, где электроны ведут себя уже как обычные проводящие электроны (рис, 4.17). Эта энергия возбужде-, ния может быть [c.121]

Существование сдвигов между спектрами поглощения и испускания подтверждает предположение о том, что занятые и свободные орбитали иона металла обычно различаются по энергии как в полупроводниках, так и в изоляторах. Для соединений, которые достаточно хорошо описываются зонной теорией, разница в энергии между высокочастотным краем испускания и точкой перегиба на кривой поглощения должна соответствовать ширине запрещенной энергетической зоны, называемой щелью . Таким образом, рентгеновские спектры дают возможность непосредственно экспериментальным путем определять ширину щели . В частности, это было подтверждено автором настоящего обзора на примере закиси меди [15]. Край поглощения в этом соединении хорошо согласуется с кривой арктангенсов, которая типична для переходов в незанятую зону проводимости с предполагаемым равномерным распределением. [c.126]

Образование сульфидов такого состава связано с передачей пары s-электронов атомами металла атомам серы с образованием 5 р -конфигураций обоими партнерами (кроме Ве, у которого образуется конфигурация s ), что вызывает появление энергетической щели и полупроводниковых свойств (полупроводники типа Кристаллизация сульфида бериллия в алмазоподобной решетке сфалерита вызывается высокой вероятностью р-переходов и образования атомами бериллия 5/7-конфигураций [5], что обусловливает возникновение направленных жестких связей. Наиболее широкая запрещенная зона характерна для сульфида бериллия, более узкая — для сульфида магния (уменьшение вероятности S —> /7-перехода). Более четко передача валентных электронов атомом металла атому серы выражена в сульфидах собственно щелочноземельных металлов (кальция, стронция, бария, радия) с образованием ионного типа связи Ме—S, который преобладает в этой группе сульфидов. Увеличение ионности связи Ме—S при переходе от сульфида бериллия к сульфидам других металлов этой группы хорошо видно по тепловым эффектам образования (для BeS 56,1 для MgS 84,2 для aS 114,3 для SrS 113,0 для BaS 111,0 ккал моль). Наименьшим тепловым эффектом образования отличается сульфид бериллия, у которого передача по ионному типу электронов от атомов бериллия к атомам серы наименьшая. Далее следует сульфид магния, где у атома магния еще достаточно велика вероятность s —> /7-перехода. Вследствие снижения этой вероятности у кальция возможность локализации валентных электронов металлов у остовов атомов серы с образо-10 [c.10]

Здесь, однако, нет противоречия с теоремой Пайерлса, ибо такой бесконечно длинный полиацен моделирует уже не металл, а полупроводник с нулевой щелью. Дело в том [36], что МО полиацена делятся на две группы — симметричные (5) и антисимметричные (Л) относительно плоскости симметрии Он, и по нулевой щели соприкасаются две разные зоны — заполненная зона Л-типа и свободная зона 5-типа (рис 4). [c.30]

На основе исследования процессов взаимодействия гигантских импульсов лазерного излучения с веществом разработан и сконструирован высокопроизводительный лазерно-пламенный источник с фокусировкой ионов на входную щель масс-спектрометра с двойной фокусировкой. Источник обеспечивает стократную компрессию ионного пучка и коэффициент сбора ионов (отношение числа регистрируемых ионов к числу испаренных атомов) 10- . Проведены исследования выхода ионов различной зарядности. Выход однозарядных ионов основы и примесей пропорционален т / . Содержатся сведения о режимах работы источника. Приводятся данные по анализу разнообразных веществ — металлов, полупроводников, диэлектриков, показывающие аналитические возможности метода. На стандартных образцах стали, латуни, олова и международном геологическом стандарте показано, что правильность без применения эталонов составляет 30%, сходимость 15%. Предел обнаружения при фоторегистрации масс-спектра составляет 3-10- ат.% при наборе экспозиции 300 нк и достигается за 3 часа. [c.272]

Обычно различают два типа фотопроводимости собственную фотопроводимость, обусловленную переходами. через энергетическую щель из валентной зоны в зону проводимости, и примесную фотопроводимость, которая возникает в полупроводниках, содержащих примесные центры, за счет переходов с примесных уровней. Низкочастотный порог чувствительности фотодетектора определяется эффективной величиной энергетической щели АЕ. Учитывая, чтo/Iv=A , получаем [c.45]

Почти все полупроводники с собственной фотопроводимостью имеют либо слишком малые энергетические щели, либо щели, превышающие [c.45]

В связи со значительным повышением интереса к изучению оптических свойств веществ в ИК-области спектра, вызванным потребностями быстро развивающейся инфракрасной техники, появился ряд специальных обзоров [24—28], разработана аппаратура, предназначаемая для измерений показателей преломления бескислородных халькогенидных стекол, полупроводников и других материалов, прозрачных в широком диапазоне длин волн до 12— 15 и даже до 50 мкм [29—32]. Рефрактометры для инфракрасной области спектра строятся обычно с использованием узлов серийных инфракрасных спектрофотометров, а призмы из исследуемого материала устанавливаются или в сами монохроматоры (рефрактометр ИГ-63 [30]), или на поворотном гониометрическом столике перед выходной щелью монохроматора (рефрактометр ГСИ [c.119]

Энергетический спектр полупроводников характеризуется наличием щели между валентной, заполненной электронами зоной, и свободной от них зоной проводимости. Плотность состояний в этой области энергетического спектра, называемой запрещенной [c.16]

Германий и кремний, для которых щели между зонами составляют примерно 60 и соответственно 100 кДж-моль , являются типичными полупроводниками. Проводимость кремния при 20 °С составляет приблизительно 10 Ом-см , что лежит между значениями, типичными для изолятора (10 Ом-см ) и металла (10 Ом-см ). Эти вещества называют собственными полупроводниками, поскольку их проводимость — это свойство чистого элемента. По-видимому, большее значение имеют так называемые примесные полупроводники, служащие основой транзисторов. [c.236]

Простейшим типом полупроводника является так называемый внутренний полупроводник, т. е. твердое вещество с заполненными валентными зонами, но у которого зона проводимости расположена достаточно близко для того, чтобы она могла заселяться при термическом возбуждении за счет валентной зоны. Если обозначить энергетическую щель, разделяющую потолок валентной зоны и дно зоны проводимости, через Eg, то число носителей в 1 см в зоне проводимости п будет определяться выражением [c.100]

В полупроводниках — материалах без частично заполненных электронами энергетических зон, но с относительно небольшой щелью (так называемой запрещенной зоной) между заполненной валентной) и свободной зоной проводимости) зонами — концентрация свободных электронов существенно меньше таковой в металлах, и электронный вклад в термодинамические функции пренебрежимо мал. Однако концентрация электронов и дырок проводимости играет важнейшую роль как в физических, так и ряде химических (например, в кинетике окисления) свойств твердого тела, поэтому рассмотрение статистического описания носителей тока в полупроводниках представляется вполне целесообразным. [c.109]

Распределение электронов в полупроводниках, так же как и в металлах, описывается формулой (2.38), однако минимальное значение е - я в этом случае имеет порядок размера энергетической щели (т.е. нескольких электрон-вольт), а потому единицей в знаменателе функции распределения Ферми можно пренебречь и получить для электронов проводимости и дырок соответственно [c.109]

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]

Магний образует один С. М 2 81 со структурой типа флюорита устойчив к действию воды и р-ров щелочей, энергично реагирует с к-тамн полупроводник с шириной запрещенной зоны 0,78 эВ. У др. щел.-зем. металлов известно по три-четыре С.-М81, М812 и низшие С. разного состава. Эти С. устойчивы в сухом воздухе, но очень чувствительны к влаге, бурно, иногда со взрывом, реагируют с к-тами и р-рами щелочей. [c.346]

Электрич. св-ва С.н. зависят от состава и т-ры среды-С.н. могут бьггь диэлектриками, полупроводниками или проводниками. Большая группа оксидных С.н. (силикатные, боратные, фосфатные) относится к классу изоляторов почти идеальный изолятор-кварцевое С.н. Поскольку носители тока в оксидных С.н.-катионы щелочных и щел.-зем. металлов, электропроводность, как правило, возрастает с увеличением их содержания в С. н. и повыщением т-ры. Стеклянные изоляторы используют для высоковольтных линий электропередач. Пригодность элежтротех-нических С.н. для работы в тех шш иных температурных условиях зависит от их состава и оценивается по т-ре (ТКюо), при к-рой С.н. имеет уд. электрич. проводимость [c.423]

НИТРИДЫ, соедввевия азога с более электроположит. элементами. Кристаллич. в-ва. Большинство Н. неметаллов — диэлектрики и полупроводники. Н. щел. металлов — диэлектрики, большинство при нагрев, разлаг. без плавления, окисл. на воздухе, гидролизуется водой с образованием гидроксидов металлов и- NHa. И. щел.-зем. металлов и РЗЭ плавятся без разложения выше 1500 С, окисл. на воздухе, разлаг. водой с выделением NH3. И. переходных металлов IV — V групп — металлоподобщле соед., обладают сверхпроводимостью, высокой твердостью, плавятся без разложения при температурах до 3000°С, химически устойчивы. См., например. Алюминия нитрид. Бора нитрид. Кремния нитрид. Титана нитрид. [c.381]

Принцип работы таких детекторов основан на том, что теплоёмкость кристаллической решётки в соответствии с формулой Дебая пропорциональна четвёртой степени температуры. Спектр электронных состояний диэлектриков, полупроводников и сверхпроводников характеризуется наличием энергетической щели. При достаточно низких температурах Т, когда энергия тепловых флуктуаций къТ <С Д (где къ — постоянная Больцмана, А — ширина щели в спектре энергии электронных состояний), электронная теплоёмкость кристалла не возбуждается. Для диэлектриков это состояние достигается при температурах порядка сотен милликельвин (1 мК = 10 К), для полупроводников — десятков и для сверхпроводников — единиц милликельвин. Оставшаяся решёточная , фононная или дебаевская теплоёмкость идеального кристалла при сверхнизких температурах оказывается настолько малой, что кинетическая энергия ядра отдачи при единичном акте рассеяния частицы вызывает всплеск температуры всего макроскопического кристалла мишени, который превышает уровень термодинамических флуктуаций. Этот всплеск температуры регистрируется термометром и служит выходным сигналом детектора. Физические принципы и перспективы применения криогенных детекторов этого типа изложены в обзоре [69]. [c.42]

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]

Изотопические эффекты в электронных состояниях изучались вначале в двухатомных полупроводниках при изотопическом замещении одного атома. В при 80 К щель Eg увеличилась на 2% при замещении водорода на дейтерий [210]. Авторы связывают эффект с изменением постоянной решётки. Изотопическое замещение кислорода в кристаллах Си20 приводит к смещению экситонных линий [211, 212]. Анализ данных для температур Т < 77 К, показал, что изотопический эффект обусловлен в основном взаимодействием электронов с оптическими фононами. Аналогичные результаты были получены для 2пО при замещении изотопов кислорода [213]. Изотопический эффект на уровнях экситона Ванье-Мотта в кристаллах иН(В) изучался в работе [214. [c.91]

Впервые изотопический эффект в электронном спектре моноатомного полупроводника — германия — исследовали В.Ф. Агекян с коллегами [215]. Они провели измерения оптических свойств двух кристаллов германия обогащённого 0е (84,6%) и природного Ое при низких температурах Т < < 77 К. Было найдено, что энергетическая щель возрастает в 0е, причём прямая E g 0,89 эВ) увеличивается на 1,25 мэВ, а непрямая ( ig [c.91]

Это еще более ярко выражено в случае ковалентных полупроводников Ое и 51. Если такие атомы сближаются при введении их в решетку алмаза, исходя из бесконечного разведения, то первоначально дискретные 5- и р-уровни уширяются из-за перекрывания и в конечном счете энергетическая щель исчезает. Однако к мохменту, когда достигается положение равновесия, возникает новый, другой по природе вид энергетической щели, связанный с локализованными связями (теперь щель приблизительно равна энергии, требуемой для удаления электрона из химической связи )). И опять при исследовании рассеяния рентгеновских лучей на Ое или 51 мы обнаружим так называемое запрещенное отражение , которое не может быть объяснено (обладает нулевой интенсивностью) при наличии сферических капель, расположенных в узлах решетки. [c.137]

Однако если принять, что выравненный характер углерод-углеродных связей сохраняется при неограниченном увеличении п (вплоть до п оо), то мы, как и в случае полиенов, приходим к физически нереальной модели одномерного металла (см., однако, [40]). Поэтому приходится допустить, что в цепи достаточно длинного кумулена равенство всех длин связей невозможно и, в частности, они чередуются по длине. Такой кумулен уже моделирует одномерный полупроводник или диэлектрик, причем величи на энергетической щели зависит от степени альтернирования связей в цепи. [c.43]

Энергетический спектр полупроводников характеризуется наличием двух разрешенных зон валентной зоны и зоны проводимости, разделенных между собой энергетической щелью (запрещенной зоной), и в этом смысле аналогичен спектру диэлектриков (рис. 1.3). В отличие от диэлектриков, однако, энергетическая щель в полупроводниках настолько узка, что при температурах протека тня химических реакций часть электронов валентной зоны обладает достаточной энергией для перехода в зону проводимости. Тем самым носледпяя оказывается частично, хотя и в небольшой степени, заполненной. Одновременно с этим в валентной зоне образуются вакантные состояния — дырки . Вероятность заполнения зоны проводимости электронами подчиняется статистике Ферми — Дирака [c.30]

В работе [107] предлагается новая модель, в которой электропроводность в NiO связывают с 2/5-полосой кислорода. Для описания оптического поглощения и края фотопроводимости используются заполненная 2р-полоса кислорода и пустая 45-полоса никеля с энергетической щелью между ними4эе. Так как непроводящие 3 -состояния заполнены, то чистая NiO — полупроводник с внутренней щелью 4 эв. Введение Li+ приводит к возникновению соседних Ni3+- o TOHHHn и этот комплекс действует как акцептор для 2р-полосы. При низких температурах Ni -AbipKa может перескакивать на Ni вблизи узла Li+ и таким образом создается вклад в электропроводность. При высоких температурах акцептор, являясь ионизованным, оставляет Ni + вблизи Li+, а дырка переходит в кислородную 2р-полосу. Эти дырки дают зонную проводимость р-типа, которая и наблюдается при средних температурах. За магнитные свойства и оптический спектр в NiO ответственны локализованные Зй-электроны. [c.89]

В большинстве работ, выполненных в США, в качестве электродов дуги постоянного тока применяют графитовые электроды, расстояние между которыми обычно равно 3—6 мм, причем электрод с пробой служит анодом. В Европе, по-видимому, предпочитают применять метод прикатодного слоя. В этом случае полярность пробы обратная, графитовые электроды замепяю г угольными, расстояние между электродами достигает 10 мм. Маннкопф и Петерс [29] и позднее Митчелл с сотрудниками [30] в институте Маколея в Шотландии показали, что отношение сигнала к шуму для линий многих элементов в зоне разряда, расположенной непосредственно над катодом, возрастает. Трехлинзовую систему освещения также можно применять в методе прикатодного слоя оптика и диафрагмы должны быть при этом установлены так, чтобы на щель спектрографа попало излучение только небольшой области разряда высотой 0,5 мм. Майерс и Генри [31] выполнили обширное сравнительное исследование чувствительности метода прикатодного слоя и обычных методов с дугой постоянного тока. Цель исследования — достижение максимальной чувствительности определений в микропробах, отделенных предварительным концентрированием от основы сверхчистых полупроводников, соответствующих реагентов и осадков. Изучали четыре метода анализа метод прикатодного слоя и метод обычной дуги постоянного тока, работающей как в воздухе, так и в атмосфере смеси аргона с кислородом (70 30). Применяли 1,5-метровый астигматический спектрограф. Вместо угольных электродов, обычно применяемых для работы методом прикатодного слоя, использовали графитовые электроды диаметром 3 мм. Наилучшие результаты по чувствительности были получены методом прикатодного слоя дуги, горящей в атмосфере смеси кислорода с аргоном. В этом случае была повышена чувствительность определения 47 элементов из 68. Чувствительность определения остальных элементов оказалась не более чем в четыре раза меньше чувствительности анализа другими методами. Наименьшая чувствительность определения была получена с обычной дугой постоянного тока, работающей в воздухе. При этом чувствительность определения некоторых элементов оказалась в 100 раз меньше чувствительности определения методом прикатодного слоя дуги в атмосфере газовой смеси. [c.174]

Фотопроводимость в антрацене измеряется значительно легче, поэтому ей уделено больше внимания. Первый вопрос, который возникает при исследовании этого явления, это вопрос о положении порога, т. е. о максимальной длине волны, при которой наблюдается фотопроводимость. В неорганических полупроводниках энергия фотона с этой длиной волны, как правило, должна быть равна ширине энергетической щели, т. е. вдвое превосходить величину, называемую здесь энергией активации. В антрацене это далеко не так. Вартанян [169] установил, что граница находится около 4000 А, или около 3 эв. Это значительно больше, чем удвоенная энергия активации, и поэтому последовало много работ по изучению спектральной чувствительности фотото а. Вскоре было показано, в основном в работах Лайонса и его сотрудников [26, 27, 22], что между спектральной чувствительностью фототока и спектрами поглощения имеется большое соответствие. В поверхностной ячейке максимум фоточувствительности совпадал с максимумом спектра поглощения. Поскольку антрацен является двуосным кристаллом, то спектры поглощения по двум направлениям поляризации несколько отличаются Бри и Лайонс [21] нашли, что фототок был наибольшим при освещении в том направлении поляризации, которое дает наибольшее поглощение. В серии работ Лайонса, Бри и Морриса [99, 100, 103, 105] были проведены исследования и многих других углеводородов. Соответствие было настолько хорошим, что авторы предложили использовать спектральную чувствительность как метод получения спектров поглощения или по крайней мере коэффициентов поляризации для определенных оптических переходов. Лайонс [101] дал убедительное объяснение этого явления. Он предположил, что носители образуются только при достижении экситонами поверхности кристалла. Так как меньшее поглощение ведет к уменьшению числа экситонов, достигающих поверхности (за единицу времени), то образуется меньший фототок большее поглощение ведет к обратному следствию. Исследуя чувствительность фототока на поверхности антрацена, Еременко и Медведев [46] пришли к такому же выводу. Они вычислили расстояние, на которое диффундируют экситоны эта величина оказалась равной 2000 A. Комптон, Шнайдер и Уэддингтон [35] дали совершенно иное объяснение. Они показали, что подвижность носителей на поверхности может быть выше, чем внутри вещества. Если свет погло- [c.24]

Полупроводники в качестве ионизационных камер. При использовании кристаллических счетчиков возникают серьезные ограничения, обусловленные тенденцией носителей заряда (электронов и положительных дырок ) захватываться примесями и дефектами кристалла захваченные заряды искажают приложенное поле и ведут к поляризации кристалла и к различным амплитудам импульса от моноэпергетических ионизирующих частиц. Помимо этого, воспроизводимость недостаточно хороша при смене кристаллов. Эти недостатки в значительной мере устранены в недавно разработанных полупроводниковых приборах. Подвижности и времена жизни носителей заряда в полупроводниках гораздо больше, чем в изоляторах, и поэтому захват носителей представляет существенно менее сложную проблему. Кроме того, энергетическая щель между самой верхней заполненной полосой и полосой проводимости составляет в полупроводниках, как правило, всего лишь 1 эв это означает, что необходимая для образования пары электрон — дырка энергия относительно невелика и, следовательно, полупроводниковые детекторы потенциально обладают хорошим энергетическим разрешением. [c.142]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология