ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Введение из "Жидкие полупроводники " Полупроводниковые жидкости представляют собой недостаточно изученный класс веществ по сравнению с другими веществами, такими, как жидкие металлы или расплавленные соли, для которых имеются модели в первом приближении (например модель газа свободных электронов для металлов или борнов-ская модель для ионных веществ). Простые модели, которые можно было бы рассматривать как первые приближения для объяснения свойств жидких полупроводников, отсутствуют, и развитие подходящих концепций для построения таких моделей представляет собой нерешенную проблему. [c.13] Физическая природа жидких полупроводников ставит их в промежуточное положение между несколькими другими классами веществ жидкими металлами, расплавленными солями, молекулярными жидкостями и аморфными твердыми телами. Часто оказывается трудным определить точно границу между этими веществами. Некоторое прояснение взаимосвязей между указанными выше веществами является одной из целей настоящей книги, и в некоторой степени этой цели посвящена вводная глава. С помощью этих взаимосвязей современное понимание других веществ может быть применено для решения проблем, связанных с жидкими полупроводниками. С другой стороны, можно ожидать, что лучшее понимание свойств жидких полупроводников сделает более глубоким понимание природы других, более известных веществ. [c.13] Прежде чем продолжить обсуждение границ между жидкими полупроводниками и другими классами жидкостей, укажем приближенно, какого рода вещества обычно считают жидкими полупроводниками. Из элементов в эту категорию попадают расплавленный селен и расплавленный теллур. Другие элементы, такие, как германий и кремний, являющиеся полупроводниками в кристаллическом состоянии, при плавлении становятся металлами. То же самое справедливо для многих полупроводниковых соединений, например соединений элементов П1—V групп. Такой переход полупроводник — металл Иоффе и Регель [144] связали с уменьшением атомного объема. Таким образом, хорошо известная корреляция поведения кристаллических полупроводников с большим атомным объемом, по-видимому, сохраняется и в жидком состоянии. Многие другие соединения, например. ТпгТез, обнаруживают увеличение объема при плавлении или же относительно малые уменьшения объема, но тем не менее имеют электрические свойства, подобные свойствам полупроводниковых жидкостей. Взаимосвязь между электрическими свойствами и объемом более детально обсуждается в гл. 3, 2. [c.14] Определение границы между жидкими полупроводниками и диэлектрическими жидкостями, такими, как расплавленные соли и молекулярные жидкости, хотя на первый взгляд и кажется простым, при более глубокой проверке обнаруживает определенную сложность. Ясно, что в расплавленных солях могут параллельно существовать электронная и ионная проводимости, причем та или другая из них может преобладать в некоторых системах в зависимости от температуры и других условий. Как было отмечено Иоффе и Регелем [144], электропроводность ионной жидкости, по-видимому, не должна быть выше 1 Ом см вследствие ограниченной подвижности ионов, так что жидкости с более высокими значениями электропроводности следует считать обладающими электронной проводимостью. Если же электропроводность а меньше 1 Ом- см-, то для определения доли электронной проводимости следует использовать другие характеристики, такие, как измеренные числа ионного переноса или химического свойства вещества. [c.15] Такое вещество, как жидкий селен, имеет сильно зависящую от температуры электропроводность, которая вблизи точки затвердевания может достигать очень низких значений порядка 10 Ом 1см . Химические свойства селена свидетельствуют о том, что это вещество является скорее ковалентным, чем ионным. Возможным механизмом электронного переноса в таком веществе являются перескоки электронов по локализованным состояниям, которые могут быть заряжены. Если это так, то заряженные молекулярные комплексы могут дрейфовать в электрическом поле, что придает веществу характер ионной жидкости, хотя и разбавленной. Более того, развитые в последнее время представления о характере движения электронов по Локализованным состояниям предполагают возможность существования широкой области корреляции между движением зарядов и движением ассоциированных молекулярных комплексов. Ввиду этого различие между ионным переносом и переносом электронов за счет перескоков по локализованным состояниям в жидкостях не может быть резким. Это один из вопросов, которые требуется выяснить в будущих исследованиях. [c.15] Различие между растворами металлов в расплавленных солях и жидкими полупроводниками в основном условное. Все разграничения между указанными растворами и системами, обычно относимыми к жидким полупроводникам, можно свести к разнице в степенях ионизации этих систем. Таким образом, в данном случае можно сделать лишь количественные разграничения. Ниже будет показано, что модель разбавленных металлов дает полезный способ объяснения свойств многих систем жидких полупроводников в определенных областях их составов, и эта модель качественно не отличается от разумных моделей для этих двух типов систем. Следовательно, между этими системами имеется, по-видимому, заметное перекрытие. [c.16] Иоффе И Регель [144] подчеркнули тот факт, что средняя длина свободного пробега электрона в полупроводниковых жидкостях порядка межатомного расстояния в противоположность жидким металлам. Было установлено, что теория Займана электронного переноса, основанная на предположении о слабом рассеянии, обеспечивает хорошее описание переноса в жидкостях с электропроводностью о 10 Ом см Ч С другой стороны, для жидкостей с 10 Ом см следует, по-видимому, использовать другие приближения теории переноса, основанные на предположении о сильном рассеянии. Этот вопрос более подробно обсуждается в гл. 6, 1. Таким образом, жидкости с о 10 Ом см- отличаются в некоторых важных аспектах от обычных жидких металлов поэтому, когда проводимость уменьшается, по-видимому, оказываются более уместными некоторые классические концепции полупроводникового поведения. Конечно, в области 10 000 а 1000 Ом см исследователи, основные интересы которых связаны с жидкими полупроводниками или жидкими металлами, могут чувствовать себя как дома. [c.17] Жидкие полупроводники имеют также особую связь с твердыми аморфными полупроводниками. Для многих аспектов электронных свойств не, имеет значения, является ли вещество жидким или твердым, поскольку временной масштаб для многих типов движений электронов намного меньше, чем для движений атомов, и в обоих случаях применимы одни и те же представления и теории. Аспекты поведения, для которых имеют значение особые свойства жидкости, в основном уже были упомянуты, и они не являются преобладающими элементами в электрических свойствах. Однако существует много практических и количественных различий, которые приводят к существенно разным подходам к жидким и твердым аморфным полупроводникам. Один из таких моментов состоит в том, что большинство систем находится в жидком состоянии в области высоких температур порядка 400—1000 °С, и полупроводниковые расплавы при температурах ниже 170 °С не известны. Таким образом, низкотемпературные виды исследований исключаются. Это вместе с некоторыми химическими факторами, которые обсуждаются ниже, приводит к тому результату, что жидкие полупроводники обычно имеют намного более высокие концентрации электронных носителей, чем твердые аморфные полупроводники. [c.18] С практической точки зрения следует отметить и некоторые другие различия между аморфными твердыми веществами и жидкими полупроводниками. Надежное достижение однородности образца для жидкостей обычно представляет собой простую задачу, в то время как приготовление аморфных твердых образцов, обладающих воспроизводимыми свойствами, оказывается очень трудным, за исключением, возможно, природных стекол, химический состав которых может изменяться лишь в ограниченных пределах. С другой стороны, как отмечено выше, тот факт, что жидкости приходится изучать при высоких температурах, создает особые экспериментальные трудности и накладывает серьезные ограничения. [c.19] Вернуться к основной статье