Химия радиоматериалов, лекции Кораблевой А.А. (ГУАП)
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
нений это полимеры с сопряженными связями.
2.5 Введение в химию полупроводников
металлыполупроводники (п/п)диэлектрики? (Ом см)10-6 10-310-4 109109 1019?Е00.1 4(5) эВ>5 эВ??/?Т>0<0<0П/п. в системе Д.И.Менделеева (элементарные/простые полупроводники)
IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIAметаллыB 1.1 эВС 5.5 эВР 1.5 эВS 2.5 эВдиэлектрикиSi 1.1 эВAs 1.2 эВSe 1.7 эВGe 0.72 эВ Te 0.36 эВI 1.25 эВ?-Sn 0.1 эВС увеличением радиуса атома ширина запрещенной зоны уменьшается, т.к. ослабляются химические связи. В элементарных п/п характер химической связи, в основном, ковалентный. Электронная пара локализована между атомами и при температуре абсолютного нуля все эти простые полупроводники являются диэлектриками.
Кристаллическая решетка алмазоподобных полупроводников представляет собой плотно упакованные тетраэдры (вытекает из структуры атомов). Участие в связи принимают и гибридные орбитали, направленные к вершине. Вся валентная зона заполнена. Зона проводимости (4S) эта зона еще более возбужденного состояния практически пустая.
?Е = 1.1 эВ при абсолютной температуре больше 0 электроны могут попадать в зону проводимости, т.е. вырваться из локализованного состояния, разорвать химические связи, при этом электрон в зоне проводимости будет свободно менять энергию, а значит может участвовать в проводимости. ЭДП собственная проводимость п/п. Истинными носителями тока являются электроны.
Общая характеристика элементарных п/п:
№элементпорядковый номератомный радиус, нм?Е, эВтемпература плавления1C (алмаз)60.0775.638002Si140.1771.2114233Ge320.1220.789374Sn (серое)500.1560.882325Pb820.1750327С изолятор
Pb фактически металл
В ряду С Sn наблюдается падение ?Е и температуры плавления, увеличение проводимости и длины ковалентной связи. Последнее играет существенную роль т.к. это уменьшает ее прочность и энергию этой связи. Закономерный рост проводимости, а также уменьшение ?Е и температуры плавления, микро твердости является следствием прочности связи. Благодаря своим свойствам Si и Ge являются основными п/п материалами, из которых изготавливают диоды и триоды, термосопротивления, оптические линзы. ?Е(Si)>?Е(Ge)=>Si приборы работают при более высоких температурах: температура работы Ge = 60-80С, а температура работы Si =200С, более того Si самый распространенный элемент после О => Si находит все большее применение благодаря навым методам его очитки.
Из элементов V группы при определенных условиях п/п свойства проявляют P, As, Sb. Однако п/п модификации этих элементов малодоступны, но они являются важнейшими п/п образующими (GaAs, AlP, InSb). Из элементов VI группа Se, Te. Se является важнейшим п/п материалом, п/п образующим элементом, на основе которого получают селениды металлов. Te самостоятельного применения не имеет, но теллуриды широко применяются в качестве п/п материалов. S(сера) изолятор, хотя она обладает сильно выраженной фотопроводимостью. S является основой сульфидов (Ag, Cd, Pb). В группе S-Se-Te с увеличением порядкового номера ?Е уменьшается. III В единственный1 элементарный п/п, который не применяется: высокая температура плавления, значительная ?Е = 1.58 эВ, распространенность в природе (в 10 раз > Ge); недостаток трудность получения в высокой степени чистоты монокристаллов.
2.6 П/п соединения.
Химическая связь в п/п соединениях.
Специальной связи в п/п соединениях нет. Химические связи в п/п разнообразны, исключается только металлическая связь. Преимущественно связь ковалентная.
(1) Классификация полупроводниковых соединений.
1) По типу образователя: оксиды, сульфиды, арсениды, фосфиды и т.д.
2) По типу кристаллической решетки: алмазоподобные …
3) По положению в периодической системе.
АIII BV
АII BVI
АI BVII
А2III B3VI
АI BIIIC2VI
А2IBVIIICIVDVI
И т.д.
(2) П/п соединения АIII BV
АIIIBVBNдиэлектрикAlP
полупроводникGaAsInSbTeBiметалл
С увеличением (ZA+ZB)/2 наблюдается закономерное измение ?Е и температуры плавления (из увеличения радиуса атома следует уменьшение прочности ковалентной связи).
соединениеэнергия к.р.температура плавления?Е, эВподвижность носителей тока, uерAlP19020002.42GaP17014672.25300150InP15010551.286000650AlAs17017002.16GaAs14612371.4InAs1309430.46AlSb16010701.6GaSb1337120.79InSb1215360.18Si20414211.21Ge1789370.78АIII BV
Алмазоподобные п/п, изоэлектронные ряды, имеют тетраэдрическую структуру. 3 ковалентные связи + 1 донорно-акцепторная.
IVАIII BVАII BVI
АI BVII
GeGaAsZnSeCuBrковалентная неполярная3 ковалентные + 1 д-а2 ковалентные + 2 д-а1 ковалентная + 3 д-а?
Элементы удаляются друг от друга, следовательно, растет доля ионности связи и ширина запрещенной зоны, и уменьшается подвижность носителей тока.
СоединениеGeGaAsZnSeCuBr?Е, эВ0.781.532.62.94(3)
Алмазоподобную структуру имеет большая группа соединений, состоящая из трех.
АIBIIIC2VI (CuZnS2, CuAlS2)
АIIBIVC2 (CdGeAs2, ZnGeAs2)
4 и более элементов.
2.7 Реальные кристаллические решетки
Металлическая, атомная и ионная решетки в чистом виде существуют очень редко. В каждой кристаллической решетке существуют в какой-то мере все составные части. Электронная плотность решетки ? = С1 ?мет + С2 ?атомн + С3 ?ион, где С1 + С2 + С3 = 1 или 100%
ZnS: С1 пренебрежимо мала => ковалентно-ионная связь.
InSb: практически отсутствует ионная доля => ковалентно-металлическая связь.
NaSb: ионно-металлическая связь.
Закон постоянства состава и закон эквивалентов и кратных отношений, которые присущи молекулярным соединениям, в твердых телах не реализуется. Следовательно, твердые тела не имею?/p>