Электронные вакансии дырки структуры

В спектроскопии ЭПР имеется также круг объектов, которые представляют собой простейшие парамагнитные центры — электроны или дырки в твердых телах или растворах. Это могут быть, например, захваченные электроны в кристаллах, в частности различных галогенидов щелочных металлов, называемые f-центрами. При нагревании кристалла, например LiF, в присутствии паров металла и последующего быстрого охлаждения образуется вакансия аниона, занимаемая электроном, т, е. f-центр. Система имеет характерную окраску, обусловленную f-полосой поглощения в видимой области оптического спектра, а в спектре ЭПР появляется широкая полоса i -центров в области чисто спинового значения -фактора. Ширина сигнала связана с перекрыванием линий сверхтонкой структуры, обусловленных взаимодействием с ядром окружающих катионов и в меньшей степени с ядрами анионов. Плотность захваченного электрона в основном локализуется на вакансии и мало размывается на окружение, хотя между вакансией и шестью окружающими ее катионами решетки идет конкуренция за электрон. Так, при увеличении размеров катиона и постоянном анионе (вакансии) s-характер электронной плотности на шести ближайших катионах возрастает, а при одном и том же катионе и увеличении размеров аниона (от F к С1 ) 5-характер электронной плотности на катионах убывает. Существуют и некоторые другие электронно-избыточные центры и предложены различные теоретические модели их описания. [c.76]

Следует отметить, что представление о центрах как точечных дефектах, захвативших электрон или дырку, является первым приближением, поскольку электронно-дырочные центры — это особые электронные конфигурации групп атомов (ионов), связанные с дефектными участками атомной структуры, захватившими электрон или дырку. Для практических целей обычно сначала рассматривают зарядовое поведение существующих точечных дефектов, а не их совокупности. При этом считают, что в качестве положительно заряженных центров следует рассматривать катионы, занимающие междоузельные положения, а также несвойственные им узлы кристаллической решетки (Ср В", Сц и т. д., где точками обозначен эффективный заряд ионов). Вакансии же анионов представляют как отрицательно заряженные центры (число штрихов означает число [c.36]

Качественно аналогичные процессы наблюдаются при изучении С — -характеристик МОП-структур на основе кремния р-типа (рис. 73, б). Разница заключается лишь в том, что обогащенная дырками область с максимальной емкостью наблюдается при отрицательном смещении на металлическом электроде, а область обеднения и инверсионная зона с электронной проводимостью — при положительном. Если бы в пограничном слое не существовала область пространственного заряда, генерируемая вакансиями в окисле, тогда в отсутствие смещения не наблюдался бы изгиб зон в пограничной области кремния (условие плоских зон). Это соответствует идеализированному случаю контакта бездефектного 3102 с кремнием, не содержащим по- [c.126]

Примесная проводимость. В реальных кристаллах источниками своб. носителей заряда (носителей тока) м. 6. дефекты кристаллич. структуры, напр, междоузельные атомы, вакансии, а также отклонения от стехиометрич. состава. Примесн и дефекты делятся на доноры и акцепторы. Доноры отдают в объем П. избыточные электроны, создавая электронную проводимость (п-типа). Акцепторы захватывают валентные электроны собств. атомов П., в результате чего образуются дырки и возникает дырочная проводимость (р-типа). Типичными донорами в Се и 81 являются примесные атомы элементов V гр. (Р, Аз, 8Ь). В узле кристаллич решетки 4 из 5 валентных электронов такого атома образуют ковалентные связи с соседними атомами Се или 81, а 5-й электрон оказывается слабо связанным с примесным ионом. Энергия ионизации примеси мала ( 0,01 эВ в Се и 0,04 эВ в 81), поэтому уже при 77 К в П. появляются электроны проводимости в концентрации, определяемой содержанием примеси [c.56]

Нуль- и одномерные дефекты относятся к микродефектам или дефектам тонкой структуры кристалла. Нульмерные дефекты можно разделить на электронные и атомные. К электронным дефектам принадлежат избыточные электроны, дырки и экситоны. К атомным нульмерным дефектам (рис. 11) относятся вакансии (незанятые узлы решетки), примесные атомы, замещающие собственные атомы вещества в их регулярном положении (в узлах решетки), и собственные или примесные атомы, находящиеся (дислоцированные) в иррегулярном положении в междоузлиях решетки (частицы, находящиеся в междоузлиях, иногда называют междоузельными или [c.66]

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]

Примером системы с 5 = 1 в электрическом поле тетрагональной симметрии являются -центры, которые образуются при рентгеновском облучении М 0. Эти дефекты представляют собой две положительные дырки по обе стороны положительной ионной вакансии, т. е. структуру типа 0 П0 вместо (нехватка электрона обозначается как положительная дырка). Спин-гамильтониан такой системы дается выражением (10-16а). На рис. 10-1 приведена схема энергетических уровней и указаны допустимые переходы для такой системы при НЦ2, где 2 — тетрагональная ось симметрии <001) дефекта. [c.274]

Электропроводность обратных шпинелей значительна, что обусловлено движением носителей заряда по смежным разновалентным ионам. Например, двойной оксид никеля и кобальта N 00264 образует структуру обратной шпинели Со21 ]04. Часть катионов N 2+попадает в октаэдрические пустоты, при этом возникает проводящая цепочка Ni +ч [ oЗ+ -e+], где — электронная вакансия (дырка). Оксид С03О4 имеет структуру нормальной шпинели Со + Со +]204. В смежных октаэдрических пустотах, образованных ионами 0 , располагаются только ионы Со +, а в изолированных тетраэдрических пустотах — ионы Со2+. Отсутствие цепочки разновалентных ионов Со Со +-1-е+ обуславливает низкую электропроводность С03О4 [59]. [c.35]

Высушенные хлоропласты обнаруживают термолюминесценцию после предварительного их облучения при низких температурах видимым светом. Интенсивность свечения возрастает с повышением температуры, достигая максимума при 393 К. Авторы этого-наблюдения [31] считают, что термолюминесценция не является термохемилюминесценцией и обусловлена полупроводниковыми свойствами хлоропластов при поглощении света в пигментной матрице возникают свободные носители заряда, которые захватываются в достаточно глубоких ловушках (дефекты структуры, реакционный центр, акцептор электрона и т. п.). При нагревании матрицы электроны высвобождаются из ловушек и рекомбинируют с положительной вакансией — дыркой, локализованной в реакционном центре (катион-радикал пигмента хлорофилл или бактериохлорофилл реакционного центра) [c.23]

Примеси как частный случай дефекта почти невозможно устранить, так как трудно получить химические соединения, содержащие менее 10 мол.% посторонних веществ. Примеси-заместители, например В в Ое или СаС1г в МаС1, заметно изменяют электропроводность. В первом случае бор с тремя валентными электронами вносит дырку в валентную зону германия во втором случае при включении Са " в положение Ка+ в структуре МаС1 для сохранения электрической нейтральности требуется образование катионной вакансии в другом положении. Подобно тому как соседний электрон может перейти в дырку в валентной зоне германия, соседний ион Ма может сдвинуться на место катионной вакансии. Следует отметить, что примесные атомы могут занимать также положения в промежутках. Интересным примером является медь в РЬЗ, где атомы [c.106]

СЯ для образования ковалентных связей в кристаллической структуре кремния, у фосфора остается еще один электрон. При наложении на кристалл электрического поля этот электрон может смещаться в сторону от атома фосфора поэтому говорят, что фосфор является донором электронов в кристалле кремния. Для высвобождения донируемых электронов требуется лищь 1,05 кДж моль эта энергия превращает кристалл кремния с небольшой примесью фосфора в проводник. При введении в кристалл кремния примеси бора возникает противоположное явление. Атому бора недостает одного электрона для построения необходимого числа ковалентных связей в кристалле кремния. Поэтому на каждый атом бора в кристалле кремния приходится одна вакансия на связывающей орбитали. На эти вакантные орбитали, связанные с атомами бора, могут быть возбуждены валентные электроны кремния, что дает возможность электронам свободно перемещаться по кристаллу. Подобная проводимость осуществляется в результате того, что на вакантную орбиталь атома бора перескакивает электрон соседнего атома кремния. Вновь образовавшаяся вакансия на орбитали атома кремния тут же заполняется электроном со следующего за ним другого атома кремния. Возникает каскадный эффект, при котором электроны перескакивают от одного атома к следующему. Физики предпочитают описывать это явление как движение положительно заряженной дырки в противоположном направлении. Но независимо от того, как описывается это явление, твердо установлено, что для активации проводимости такого вещества, как кремний, требуется меньше энергии, если в кристалле содержится небольшое количество донора электронов типа фосфора либо акцептора электронов типа бора. [c.632]

Условия для существования примесных центров могут быть созданы различными способами, (а) Замещение атома основной решетки на элемент с нормально большей валентностью вызывает появление избыточного положительного заряда и связанного с ним электрона. Наиболее ярким примером примесей этого типа являются примеси в германии и кремнии. В ряду углерод, кремний и германий образуются ковалентные структуры с алмазной решеткой. Тепловое воздействие посредством фононного механизма может вызывать появление собственной проводимости в этих веществах. Однако если элемент с валентностью, которая нормально больше четырех, замещает атом в такой решетке, то плотность его электронного облака будет стремиться принять тетрагональное распределение, характерное для алмазной решетки. Чтобы была достигнута такая форма распределения электронного облака, элемент образует частично ионные связи, причем получается однократно заряженный ион совместно с квазисвободным электроном, расположенным около атома примеси. Энергия связи этого электрона меньше энергии связи в вакууме в К раз, где К — диэлектрическая постоянная среды. Следовательно, такие дефекты в основном ионизированы. Это характерно для полупроводников п-типа. (б) Замещение атома в решетке полуметалла на элемент с валентностью, нормально более низкой, производит эффект, обратный только что рассмотренному. Для того чтобы распределение электронного облака было близким к тетрагональному, элемент должен приобрести добавочный электрон, который он получает из кристаллической решетки вблизи от своего местоположения. В результате образуется положительная дырка, локализованная около атома примеси. Как и ранее, энергия связи положительных дырок станет меньше в К раз и, следовательно, дырки будут в основном ионизированы. Это типично для примесных дырочных полупроводников, (в) Вакансии в решетке и атомы или ионы в междуузлиях. Так как дефекты решетки подробно рассматриваются в другой главе этой книги (гл. 2), мы остановимся только на отдельных моментах. [c.171]

При освобождении электронов из TV-центров они рекомбинируют с локализованными положительными дырками в различных У-цен-трах, и эти процессы рекомбинации сопровождаются частично излучением света в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Что касается электронов, освобождаемых из Л г-центров, то они, по-видимому, имеют также возможность рекомбинировать со свободными положительными дырками, так как освобождение электронов из Л/2-центров и положительных дырок из Ух-центров, особенно в случае КС1 и КВг, происходит примерно при одинаковой температуре. Так как с усложнением структуры электронных центров их спектры поглощения смещаются в длинноволновую область спектра, то можно заключить, что Л -центры являются по сравнению с F-M-U -центрами более слол4ными ассоциациями электронов с анионными и катионными вакансиями. [c.128]

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]

Первое следует сразу из рассмотрения формульной структуры окисла MOi+fisMFjOi+j и предположения, что возможно три типа дефектов [Ум], [Vm] и [Км]- Второе уравнение указывает, что образованию одной однократно ионизованной вакансии (Fm) соответствует образование одной электронной дырки [см. уравнение (III. 6)], в то время как образованию одной двукратно ионизованной вакансии (V m) соответствует образование двух электронных дырок [см. уравнение (III. 7)]. [c.54]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология