Полупроводники статистическая теория

Ввиду того что твердый катализатор или стенка осуществляет валентное взаимодействие с реагентами посредством обобщенных электронов проводимости и дырок, проводимость твердого тела играет решающую роль в гетерогенном катализе. Но, вследствие очень высокой энергии активации, необходимой для перехода электронов или дырок от одного иона к другому, полупроводники при стехиометрическом составе обладают такой же низкой проводимостью, как изоляторы (Гарнер [35]). Увеличение проводимости и, следовательно, повышение каталитической активности достигается путем создания дефектов либо в виде ионов, находящихся в междоузлиях, либо в виде вакантных узлов решетки, либо путем введения посторонних ионов другой валентности, одним словом, отклонением от стехиометрического состава. Почти все аспекты теории катализатора, охарактеризованные в гл. X (теория пересыщения, теория модифицирования, статистическая теория, электронная теория), приводят к одному и тому же принципиальному выводу о параллелизме между каталитической активностью и нерегулярностью состава и строения. Иначе говоря, твердое вещество тогда становится катализатором, когда превращается в бертоллид. [c.385]

Для облегчения последующего обсуждения в -тайном разделе приводится элементарное описание основных свойств полупроводников. Излагается зонная теория, представляющая основу для понимания электрических свойств твердых тел. За этим следует краткое изложение статистической теории полупроводников. [c.377]

Статистическая теория полупроводников [5] [c.380]

При квазисвободных электронных носителях их движение происходит по туннельному механизму, не связанному с энергией активации. В этом случае теплота переноса определяется как избыточная кинетическая энергия движущихся электронов или дырок по сравнению со средней тепловой энергией В случае невырожденного электронного газа статистическая теория полупроводников дает для теплоты переноса электронов (дырок) выражение [c.266]

Не следует думать, что теории и теоретические методы, используемые в физической химии, являются соверщенно законченными и неизменными. Наоборот, они развиваются и совершенствуются. Так, на смену теории кристаллического поля, позволившей объяснить некоторые свойства комплексных соединений, но не учитывающей структуру лигандов, пришла теория поля лигандов вслед за классической термодинамикой получила свое развитие статистическая термодинамика вместо кинетической теории активных столкновений развилась теория активного комплекса и т. д. Процесс углубления теорий, их взаимопроникновения продолжается, возникают новые разделы и науки — термодинамика неравновесных процессов, электрохимия полупроводников, газовая электрохимия и т. п. [c.365]

Теория полупроводников является составной частью физики твердого тела, которая сформировалась на базе квантовой механики, статистической физики и термодинамики. Основные свойства полупроводников могут быть правильно поняты только в свете этих наук. Без этого изложение теории полупроводников свелось бы к простому перечислению экспериментальных данных. Большая часть современной литературы по полупроводникам требует от читателя достаточно глубоких знаний перечисленных наук. Данная книга рассчитана на читателя, предварительная подготовка которого ограничивается изучением курсов общей физики и химии и начал высшей математики в объеме, предусмотренном программами для средних учебных заведений. В связи с этим первые две главы книги посвящены вопросам термодинамического равновесия, различимости и неразличимости микрочастиц, скоростей молекулярных процессов, а также природы химической связи и кристаллического строения твердого тела. [c.5]

Вычисление концентраций каких-либо частиц, а также определение скорости их возникновения или исчезновения является самостоятельной задачей термодинамики, квантовой механики, статистической физики и кинетики. Подобные вычисления применительно к другим веществам производились еще задолго до появления теории полупроводников. Учитывая также то обстоятельство, что свойства любых веществ, и, в частности, диэлектриков, полупроводников и металлов могут быть поняты, а часто и предсказаны только на основе перечисленных наук, мы начнем изучение физики и химии полупроводников с рассмотрения некоторых общих положений. [c.12]

Современная теория твердого тела развивается на базе квантовой механики и статистической физики, которые позволяют связать структуру и свойства твердого тела с силами взаимодействия между частицами. Теория твердого тела позволяет определить энергию кристаллической решетки, теплоемкость твердых тел и их оптические свойства, объяснить различие между металлами, изоляторами и полупроводниками, охарактеризовать электропроводность этих тел. [c.172]

Согласно электронной теории хемосорбции, молекулы одного и того же газа могут связываться с энергетически однородной поверхностью полупроводникового адсорбента различными типами связи, между которыми существуют переходы. На основе статистического метода Гиббса для систе.м с переменным числом частиц получены выражения для концентраций хемосорбированных частиц с каждым данным типом связи. Эти выражения содержат химический потенциал адсорбируемых частиц в газовой фазе, уровень Ферми для электронов адсорбента, энергии, соответствующие каждому типу связи и кратности вырождения состояний адсорбированных частиц. Найденные нами формулы дают возможность получить изотермы адсорбции в зависимости от объемных электронных свойств адсорбента (концентрация и природа примесей, структура энергетического спектра полупроводника) и свойств адсорбируемых молекул . [c.59]

Как известно, твердые тела разделяют на проводящие и не проводящие электрический ток. Технически важные полупроводники (окислы металлов, сульфиды и многие другие) здесь не рассматриваются. Принято считать, что у проводников (металлов) под влиянием так называемой электродвижущей силы (э.д.с.) электроны могут более или менее легко перемещаться от одного атома к другому и таким образом создавать электрический поток. Полагают, что каждый атом в среднем теряет из своей электронной оболочки один электрон, так что атомный остаток становится положительно заряженным. Отсюда также следует, что из-за образующихся в веществе зарядов передвижение свободных электронов может осуществляться только при приложении к проводнику электрического напряжения. У непроводников, наоборот, электроны так прочно связаны с определенной орбитой, что в общем случае под влиянием внешних полей происходит лишь смещение электронных орбит, а не переход электронов от атома к атому. Согласно представлениям квантовой теории, электроны образуют статистическое облако зарядов вокруг атомного ядра. Все же в первом приближении достаточно представлять электроны в виде точечных частичек, движущихся по определенным дискретным орбитам вокруг ядра. Для полимеров ввиду отсутствия свободных электронов едва ли следует рассматривать проводимость электронов. Наоборот, определенную роль играет здесь ионная проводимость. Величина ее зависит как от числа ионов, так и от строения и вязкости рассматриваемых веществ. [c.626]

Большую часть наблюдений одинаково легко объяснить как наличием и а поверхности участков с весьма различными энергетическими и кинетическими характеристиками (биографическая неоднородность), так и влия-кием адсорбированных молекул на систему электронных уровней поверхности и друг на друга через электронно-дырочный Х аз решетки [18, 19]. 1 ще в сороковых годах для этой цели был предложен дифференциальный нзотопный метод, позволивший доказать наличие биографической неоднородности у ряда катализаторов металлов и полупроводников [18]. В частности, таким путем, вводя в поверхность катализатора реагирующее мещество порциями различного изотопного состава, удается однозначно доказать одновременное присутствие на поверхности участков различной активности и разделение функций между различными участками при наличии различных направлений процесса. В последнее время, отправляясь от разработанной статистической теории усложненного изотопного обмена [17], был разработан ряд новых изотопных методов изучения по-нерхности, основанных па анализе кинетики изотопного обмена молекул газа или раствора с десорбированными молекулами или с составными частями решетки[18,21].Таким путем для неоднородных поверхностей удается определять характер распределения участков поверхности по константам скорости и энергиям активации изотопного обмена, а также величину и характер взаимодействия адсорбированных молекул друг с другом как на однородных, так и на неоднородных поверхностях. Поверхности большей части изученных до сих пор катализаторов оказались широко неоднородными (см., однако, работу О. В. Крылова и Е. А. Фокиной [20]). [c.49]

Для всех исследованных систем скорость обмена при сравнительно небольшом изменении занолпения поверхности моченым ацетиленом меняется в сотни раз. Кинетические изотермы обмена для указанных систем описываются уравненном (2), которое выведено в статистической теории процессов на неоднородных поверхностях для широко неодпородной поверхности с экспоненциальным типом функции распределения по энергиям активации изучаемого процесса. Таким образом, для полупроводников и металлов, ирииадлежащих к различным классам твердых тел, получены сходные результаты во всех случаях активные поверхности широко неоднородны и характеризуются функцией распределения, близкой к экспоненциальной. [c.292]

Теперьона представляет собой целую систему областей знания, в которой проблемы термодинамики, статистической физики и кинетики переплетаются с вопросами квантовой механики, теории строения молекул, молекулярной оптики, теории диэлектриков, полупроводников и металлов, молекулярной акустики, квантовой электроники и многими другими. [c.5]

Заслушанные на совещании теорегические доклады и дискуссия, развернувшаяся по ним, выявили наряду с существенным расхождением взглядов их сближение е весьма важном пункте все они сходятся в том, что ответственным за катализ является атом или небольшая атомная группа, либо адсорбированная на инертном носителе, или решетке материнского вещества( теория ансамблей), либо включенная в эту решетку (теория мультиплетов), либо возникшая в результате захвата электрона катионом решетки (электронная теория) эти атомы характеризуются в различной степени искаженной -функцией валентного электрона (различной степенью его размазанности) и обладают либо устойчивым (металлы), либо статистически-равновесным валентным состоянием (полупроводники). Но в самом каталитическом акте они в обоих случаях выступают как ненасыщенные атомы со свободными спин-В алентностями. [c.200]

Вопреки мнению ряда исследователей, разрабатывающих электронную теорию катализа, тип проводимости катализатора — полупроводника при достаточно высокой температуре не может служить удовлетворительным критерием подбора, особенно если рассматривать разные вещества (а не один и тот же окисел с добавками окислов разной валентности). Как было показано, совпадение изменения каталитической активности разных окислрв с изменением типа проводимости в большинстве случаев являлось иллюзорным или случайным. Если же один и тот же катализатор модифицировать донорными или акцепторными добавками, изменения каталитической активности, обнаруженные на опыте, оказывались небольшими и не соответствовали изменению электропроводности объема полупроводника. В одних случаях это вызвано протеканием катализа в области собственной или переходной (от примесной к собственной) проводимости, в других случаях — наличием большого числа поверхностных электронных уровней, т. е. несовпадением поверхностных электронных свойств с объемными. Для некоторых низкотемпературных каталитических реакций при статистическом рассмотрении очень большого числа разных катализаторов преимущество полупроводников с определенным типом проводимости, (например, п-полупроводни-ков в разложении HaOg, р-полупроводников в разложении N2O и некоторых реакциях окисления) подтвердилось. Однако пока неясно сможет ли эта закономерность служить практическим целям подбора катализаторов1 [c.207]

При характеристике дальнего порядка в реальном кристалле необходимо рассматривать, кроме того, нарушения дальнего порядка геометрические (незанятые узлы, занятые междуузлия, трещины и др.) и физико-химические (атомы примесей в междуузлиях и др.). Этого рода явления специально исследуются в физико-химической теории реальных кристаллов с привлечением идей и методов статистической термодинамики (см. гл. П1 и УП). В физической химии полупроводников особо важное место занимает статистическое распределение электронов в кристалле (распределение Ферми—Дирака), см. гл. УП1. [c.100]

Вопросу о значении работы выхода электронов для хемосорбционной активности твердых тел посвящено большое число экспериментальных и теоретических работ. В самом грубом приближении можно считать, что при прочих равных условиях вероятность электроноакцепторной адсорбции тем больше (а электронодонорной — тем меньше), чем ниже работа выхода. В Силу наложения ряда других факторов это приближение дает очень мало снований для абсолютных оценок. Иначе обстоит дело с влиянием изменений заряда поверхности и соответствующего ему изменения работы выхода. В тех случаях, когда в хемосорбции или в катализе участвуют электрически яаряженные равновесные формы, концентрация ( популяция ) соответ- ствующих форм должна определенным образом изменяться с заряжением ловерхности при любом методе измерения заряда. В частном случае равновесия при хемосорбции на полупроводниках это было показано нами [44] на основе статистической механики и общей теории полупроводниковых равновесий Шоттки. К аналогичному выводу пришел Волькенштейн [45] применительно к принятой им частной модели хемосорбции с прямым участием уравновешенных свободных электронов и дырок полупроводника. Легко показать, что сходный вывод в общем виде должен быть справедлив для более широкого круга систем и явлений независимо от детального механизма хемосорбции. Кроме того, можно видеть, что эти выводы должны быть полностью применимы к равновесию любых заряженных поверхностных переходных комплексов, а следовательно — к кинетике хемосорбции и к крнетике каталитических реакций [44]. Для этого требуется выполнение двух условий а) нахождения соответствующей формы в заряженном состоя- [c.27]

Научный журнал. Публикует оригинальные работы советских авторов по актуальным проблемам всех разделов современной физической науки, в частности, ядерной физики, квантовой электроники, физической кристаллографии, физики плазмы, физики твердого тела, в т. ч. и металлов, квантовой теории поля, физики газов и жидкостей, физики атома и молекулы, нелинейной оптики, спектроскопии, теории полупроводников, магнитного резонанса, статистической физики и кинетики, гравитации и астрофизики, а также по другим наиболее перспективным вопросам физики. Основные разделы ядра, частицы, их взаимодействие атомы, спектры, излучения плазма, газы твердые тела, жидкости. Годовой комплект содер жит в среднем 470—475 оригинальных статей с резюме на русском и английском языках. Печатается на русском языке. Переводится полностью на английский язык и переиздается Американским физическим институтом. Имеет алфавитный и предметный указатели по томам и приложение Письма в ЖЭТФ . Рассчитан на высококвалифицированных научных работников и ин-женеров-физиков, профессорско-преподавательский состав, аспирантов и студентов старших курсов физических факультетов университетов. [c.575]