Электронная структура- жидких полупроводников

За время после публикации американского издания книги появилось много статей, указывающих на значительные изменения и в направлении исследований и в понимании природы жидких полупроводников. Применение высоких давлений позволило значительно расширить область экспериментальных исследований, так что одна и та же жидкость может быть изучена в широкой области, в которой ее свойства изменяются от почти диэлектрических до металлических [302, 317, 318]. Возросло количество исследований, которые дают более прямую информацию о молекулярной и электронной структуре жидких полупроводников по сравнению с информацией, получаемой из данных по изучению кинетических свойств [319—324]. [c.8]

Электронная структура жидких полупроводников [c.82]

Электронные свойства жидких полупроводников, как и всех конденсированных веществ, определяются физической структурой на атомном уровне. Понять, насколько возможно, такую структуру — в этом состоит важная часть нашей задачи, и для этой цели важным источником информации являются физикохимические данные. Химические факторы также определяют области составов и температур, в пределах которых возможны экспериментальные исследования свойств жидких полупровод-, ников здесь представляется уместным дать обзор этих факторов. [c.49]

Как было указано выше, многие жидкие полупроводники отчасти или полностью, в зависимости от точки зрения читателя, являются металлическими, в то время как наиболее типичные аморфные полупроводники более близко связаны с диэлектриками. С точки зрения электронной структуры это означает, что в аморфных твердых веществах часто реализуются ситуации, когда энергия Ферми четко отделена (в единицах кТ) от энергий, при которых существуют распространенные состояния (зоны проводимости), в то время как жидкие полупроводники имеют энергию Ферми вблизи или внутри зон проводимости. Это различие между жидкими и аморфными твердыми полупроводниками не является универсальным. Так, жидкий селен представляет собой хороший изолятор, а жидкую серу, являющуюся отличным изолятором, можно также отнести к жидким полупроводникам. С другой стороны, были подучены многие аморфные [c.18]

Из металловедения хорошо известно, что кристаллические интерметаллические соединения с ковалентными и ионными связями имеют тенденцию образовываться, если по меньшей мере один из элементов принадлежит к группе IVB или к более дальним группам периодической системы элементов ([137], гл. 4). Это следует из химического принципа, согласно которому предпочтительно образуются такие соединения, в которых один из элементов имеет почти заполненную оболочку валентных электронов. Очевидно, что химические составы жидких полупроводников согласуются с этим принципом. Теория химических связей полупроводниковых соединений Мозера и Пирсона [178] представляет собой более детальное изложение указанного принципа. Основное отличие жидких полупроводников состоит в том, что в жидкой фазе может существовать больше различных молекулярных структур, чем в кристалле, поэтому ограничения стехиометрии, соответствующие правилам Мозера и Пирсона, в этом случае не могут применяться строго. [c.49]

Интерпретация свойств жидких полупроводников основана на знании их электронной структуры. Соответствующие представления, а также интерпретация экспериментальных измерений, обсуждаемая в гл. 6, составляют две главные теоретические проблемы физики жидких полупроводников. Для кристаллических твердых тел ключевым понятием при описании электронной структуры является Е (к) — энергия как функция волнового вектора к для различных зон. Из нее можно получить разнообразную информацию об электронной структуре, включая плотность состояний-Л ( ). Для аморфных материалов энергия остается хорошим квантовым числом, тогда как волновой вектор не сохраняется. Поэтому в качестве основного понятия при интерпретации электронной структуры обычно используется N E). [c.82]

Хотя электронная структура определяется химическим составом и расположением атомов, в кристаллических твердых телах ее обычно принято рассматривать как заданную, так как зависимость от возможных изменений химического строения не существенна для многих задач. Это не справедливо для жидких полупроводников, так как их молекулярное строение может изменяться как с температурой, так и в зависимости от химического состава. Мы будем в значительной степени интересоваться зависимостью электронной структуры от изменений химического строения. Эта зависимость является взаимной, но о зависимости молекулярного строения от электронной структуры можно сказать гораздо меньше. [c.82]

Рассмотрим, наконец, структуру полупроводников, для которых ширина зон в кристаллическом состоянии сравнима или больше расстояния между зонами. В действительности большинство полупроводников при плавлении становятся металлическими. Таковы, например, жидкие кремний и германий, которые вполне можно рассматривать как простые металлы. Вместе с тем, некоторые полупроводники, как, например, германий, можно получить в аморфном стеклообразном состоянии при осаждении пленок при низких температурах. В этом случае, хотя плотность низкая, как и в полупроводниковой фазе, дальнего порядка в структуре не возникает. Вероятно, отсутствие порядка приводит к высокой плотности ловушек, распределенных в запрещенной зоне. Однако, несмотря на присутствие этих многочисленных ловушек, свойства таких аморфных полупроводников весьма похожи на свойства собственного кристаллического полупроводника. После общего обсуждения электронных свойств в гл. П1 мы рассмотрим более подробно соответствующую электронную структуру и разберем следствия, вытекающие из нее. [c.243]

ЯВЛЕНИЯ (поверхностные — явления, обусловленные избытком свободной энергии поверхностного слоя тела, особенностями его структуры и состава термоэлектрические — электрические явления, возникающие в металлах и полупроводниках при наличии градиентов температуры фотоэлектрические— электрические явления, происходящие в веществе под действием электромагнитного излучения эмиссионные—явления, связанные с испусканием электронов твердыми и жидкими телами в результате внешних воздействий) [c.303]

В монографии профессора Орегонского универсйтета (США) М. Катлера рассматриваются теоретические вопросы электронной структуры жидких полупроводников и дается обзор экспериментальных данных по электрическим, магнитным и другим свойствам конкретных материалов. Отдельная глава посвящена описанию экспериментальных методов и обсуждению проблем, возникающих при экспериментальном исследовании жидких полупроводников. Рассматривается интерпретация экспериментальных данных, в частности на основе теории молекулярных связей. Книга отличается оригинальным и четким истолкованием сложных физических явлений на основе современных представлений физики неупорядоченных систем, богатством фактического материала. [c.4]

W = Ке1аТ изменяется, когда плотность электронов становится невырожденной при однозонном переносе, приближаясь в пределе статистики Максвелла—Больцмана к другому постоянному значению такого же порядка величины. Дополнительный перенос тепловой энергии может также возникать, когда имеются и электроны, и дырки (амбиполярная диффузия). Возможность делать выводы об электронной структуре жидких полупроводников на основе амбиполярного эффекта для Ке, вероятно, стимулировала некоторый интерес к измерениям к. Однако теория [c.44]

Металлическая модель электронной структуры жидких полупроводников была развита Моттом [183] она часто называется моделью псевдощели. Как подробно обсуждается в гл. 6, низкое значение N Ef) непосредственно связано с относительно низкими значениями электропроводности и с другими характерными свойствами жидких полупроводников. Увеличение тепловой энергии с ростом температуры приводит к разрушению кластеров, что влечет за собой уменьшение глубины псевдощели и увеличение N Ef) при этом электрические свойства переходят в типичные свойства жидких металлов. [c.85]

В некристаллич. и жидких П. примеси ведут себя иначе, чем в кристаллических. Отсутствие кристаллич. структуры приводит к тому, что примесный атом иной валентности, чем замещае 1ЫЙ, может насытить своя валентные связи, так что ему будет невыгодно присоединять лишний электрон или отдавать свой электрон. В результате примесный атом оказывается электрически неактивным. Это обстоятельство не позволяет. менять путём легирования тип проводимости, что необходимо, вапр., для создания р — п-переходов, Нек-рые аморфные П. изменяют электронные свойства под действием легирования, но в значительно меньшей степени, чем кристаллич. П. Чувствительность аморфных П. к легированию может быть повышена технол. обработкой. Насыщение аморфного 81 водородом и последующее легирование донорами или акцепторами обеспечивает п- или р-тип проводимости. Таким способом по-лзч1ен р — -переход в плёнках аморфного 8г, аморфный 8[ стал перспективны.м материалом для солнечных батарей (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники, Жидкие полупроводники). [c.38]

Теоретич. исследования иоказывают, что при этом предположении сохраняются основные свойства кристаллич. П. в энергетич, спектре имеются запрещенные зоны, разрешенные уровни образуют непрерывные или квазинепрерывные зоны, движение электрона (в 1-м приближении) описывается волнами, распространяющимися в твердом теле, т. е. электроны, как и в кристалле, квазисвободны, Т. о., структура спектра и др. особенности определяются не дальним, а ближним порядком в расположении атомов. Однако имеют место особенности, связанные с отсутствием дальнего порядка, напр, существует дополнительное, специфическое для аморфного тела рассеяние электронов в аморфных П. отсутствует примесная проводимость (см, также Жидкие полупроводники). [c.112]

Построение настоящей книги определяется состоянием развития рассматриваемой области и собственным подходом автора к пониманию обсуждаемых в книге вопросов. Исследования жидких и аморфных полупроводников находятся на довольно ранней стадии развитид, когда только начинают появляться общие представления, исходя из которых можно понять природу этих веществ. Поэтому наиболее конкретными данными являются экспериментальные результаты и те вопросы, которые они поднимают. В соответствии с этим главы книги распределяются по трем основным разделам, следующим после введения, в котором определяется область исследования и рассматриваются ее взаимосвязи с другими классами веществ. Первый раздел (гл. 2—4) представляет собой систематический обзор экспериментальных данных, имеющий целью раскрыть некоторые из основных вопросов, вытекающих из этой информации. В гл. 2 и 3 собраны данные соответственно по физическим, химическим и металловедческим свойствам жидких полупроводников. Целесообразно, по-видимому, также включение гл. 4, в которой дан обзор экспериментальных методов и проблем, имеющих особенное значение для изучения жидких полупроводников. Второй раздел (гл. 5 и 6) посвящен обсуждению теоретических основ интерпретации экспериментальных данных. В гл. 5 рассматриваются теоретические и умозрительные представления, используемые для понимания или описания электронной структуры, а в гл. 6 обсуждаются теории, используемые для интерпретации различных экспериментальных данных. В этом разделе основное внимание уделено тем результатам, которые считаются хорошо установленными, и опущено обсуждение более умозрительных и пробных теорий. [c.11]

Характер границ между жидкими полупроводниками и ионными, молекулярными или металлическими жидкостями во многом такой же, как и для твердых веществ. Однако особенности жидкого состояния приводят и к важным различиям. Как уже - отмечалось, диффузное движение атомов в жидкости может играть особую роль в электронном переносе, если электроны на- ходятся в локализованных состояниях. Другое отличие, обуете ловленное широкой областью стехиометрии, которая может иметь место в жидком состоянии, состоит в том, что электронная структура изменяется непрерывно в соответствии с изменениями химического состава. Мы считаем это наиболее важной характерной чертой поведения жидких полупроводников. Указанная характеристика дает благоприятную возможность для развития более глубокого понимания одной из основных проблем физики и химии конденсированных веществ, а именно взаимосвязи между электронной структурой и атомной или химической структурой вещества. Представляется вероятным, что химическая структура многих систем жидких полупроводников основана на ковалентной связи, но в противоположность обычным молекулярным жидкостям в этом случае высокотемпературная и химическая обстановка такова, что получающиеся молекулярные частицы не являются хорошо идентифицируемыми, особенно в настоящее время. Таким образом, быстро меняющееся динамическое равновесие между различными конфигурациями атомов, по-видимому, играет роль в определении влияния изменений температуры и химического состава. В добавление к изложенному выше связи, имеющие мес льнлиах [c.17]

Теперь мы обратимся к результатам Глазова и др. [108], которые систематически изучали поведение Дх при плавлении для ряда кристаллических полупроводников. Этими авторами было обнаружено, что для Ое, 51 и соединений элементов групп П1— V А 5Ь, 1п5Ь, ОаАз и ТпАз в жидком состоянии величина Дх положительна, а величина й%1йТ мала. Такое поведение указывает на переход от ковалентных связей к металлическим, а электронная структура в жидком состоянии слабо изменяется с из- [c.46]

Перейдем теперь к рассмотрению менее изученного класса жидкостей с высоким удельным электрическим сопротивлением. Чистый селен изучали в течение долгого времени. По сравнению с другими жидкими полупроводниками молекулярная структура селена хорошо изучена. Жидкая сера очень похожа на жидкий селен, и было показано, что обе эти жидкости состоят из смеси цепных молекул и восьмичленных колец (а возможно и больших колец). Концентрация колец увеличивается с понижением температуры, и имеется критическая температура, ниже которой существуют только кольцевые молекулы. Критическая температура экспериментально наблюдалась только для жидкой серы для селена расчетное значение этой температуры лежит ниже точки затвердевания. Теория равновесия связей для этих жидкостей разработана очень хорошо [78, 104], и эта теория является прототипом теории для сплавов Т1—Те, описанной в гл. 7, 3. Для настоящего обсуждения достаточно отметить, что средняя длина цепи уменьшается с температурой, а концентрация разрушенных связей описывается с помощью константы равновесия с энергией активации Еа, которая была определена различными способами. Эйзенберг и Тобольски [78] на основе данных по вязкости оценили d = 0,54 эВ. Разорванные связи являются парамагнитными центрами, и определение их концентрации в зависимости от температуры методом электронного спинового резонанса дало значение < = 0,63 эВ [158] исследование магнитной восприимчивости [175] привело к значению Еа==0,87 эВ. [c.210]

Эти модели неизбежно оказываются эвристическими, и фигури-рующие в них параметры редко удается найти из первых принципов. Тем не менее иногда удается в простой форме отразить влияние довольно сложных структурных характеристик беспорядка. Рассмотрим, например, эффективную потенциальную энергию электрона в жидком металле. Эта функция характеризует многоэлектронную систему, и, строго говоря, соответствующий потенциал нельзя представить в виде простой суперпозиции атомных потенциалов он может зависеть от многоатомных характеристик структуры жидкости, например от средней локальной концентрации атомов. В 2.11 (рис. 2.42) мы видим, что объемы атомных ячеек в жидком состоянии вещества не постоянны, а флуктуируют, причем отклонения от средней величины могут достигать ]0%. Чтобы связать потенциальную энергию электрона в каждой ячейке с локальным атомным объемом, можно было бы воспользоваться методом потенциала деформации. При этом могла бы получиться простая континуальная модель, позволяющая описывать электронные свойства жидких металлов. Аналогичные соображения можно использовать и для определения эффективной потенциальной энергии носителей заряда вблизи края зоны в аморфном полупроводнике или для вычисления локальных упругих постоянных в стекле. В любых случаях предполагается, что искомая флуктуирующая величина зависит от локальных отклонений от идеальной тетраэдрической связи или от идеальной зигзагообразной конфигурации связей ( 2.10, рис. 2.33). На самом деле эти конкретные модели слишком упрощены, но на их примере можно проследить основную линию рассуждений, необходимых для того, чтобы связать картину непрерывного случайного поля с атомными характеристиками исходных материалов. [c.135]

Б двумерных системах, в структурах металл—диэлектрик — полупроводник (МJ ,n-структурах) для электронов над поверхностью жидкого гелия и в др. системах, где положпт. и отрицат. заряды разнесены в пространстве на расстояние, значительно превышающее ср, расстояние d между зарядами каждого слоя (рис. 1). Этим обеспечиваетсн од1городность фона. [c.274]

В стандартной зонной схеме твёрдых тел в диэлектриках и полупроводниках заполненные зоны отделены от пустых запрещённой зоной (анерге-тич. щель) Sg, а в металлах есть зоны, заполненные частично, и электроны могут двигаться по этим зонам в слабом электрич. поле (см. Зонная теория). Структура зов в однозлектронном приближении связана с симметрией кристаллич. решётки. П. м.— д. может быть связан с изменением решётки, т. е. со структурным фазовым переходом. Такова природа П. м.— д. во мн. квазиодномерных соединениях и кеазидвумерных соединениях (слоистых). В этом случае переход паз. Пайерлса переходом или переходом с образованием волны зарядовой плотности. С изменением симметрии решётки связаны П. м.— д. и в др. веществах, напр. переход белого олова в серое ( оловянная чума ). С изменением ближнего порядка связаны П. м.— д., происходящие при плавлении мн. полупроводников (см. Дальний и ближний порядок). Так, в Ое И 31, имеющих в твёрдой фазе решётку типа алмаза, при плавлении меняется ближний порядок и они становятся жидкими металлами. [c.577]

Один из наиболее распространенных методов изготовления подобных структур (диффузионный) основан на диффузии при температуре 1000 + 1300°С акцепторной примеси в доиорный полупроводник иди донорной примеси - в акцепторный. Диффузия может происходить из газообразной, жидкой или твердой зы при этом граница областей 1фисталла с электронным или дырочным типом проводимости и будет являться областью перехода. Из-за того, что концентрация легирующей примеси при диффузии спадает вглубь образца постепенно, изготовленный этим методом переход получается плавным. Резкий переход, в котором концентрация доноров и акцепторов на границе слоев е различным типом проводимости меняется скачком, можно лучить эпитаксиальным методом, осаждая иа подложку, наприм з, пластину полупроводника п-типа, плешо акцепторного полупроводника. [c.166]

Практически к настоящему времени исследованы два типа двумерных плазменных систем электроны над поверхностью жидкого гелия [155] и носители заряда в инверсионных каналах структур металл — диэлектрик — полупроводник [ 15б1. Интерес к двумерным плазменным структурам объясняется тем, что в экспериментах на одном образце удается изменять их характерные параметры в широких пределах, например плотность поверхностного заряда — на четыре-пять порядков. Успехи современной полупроводниковой технологии, в частности развитие методов молекулярной эпитаксии, позволяют предположить, что двумерные системы в обозримом будущем найдут широкое применение в микроэлектронике. Поэтому мы рассмотрим коротко некоторые свойства двумерной плазмы и ее взаимодействие с акустоэлектрическими волнами в пьезокристалле. Коллективные колебания в такой системе называются двумерными плазмонами. Они наблюдались в [155—156]. Плазменные колебания существуют при ют > 1 (т — феноменологическое время релаксации). Закон дисперсии плазмонов в длинноволновом пределе ю > kv, где v — характерная скорость электронов, имеет вид [1571 [c.157]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...