| металлы | полупроводники (п/п) | диэлектрики | |
| ρ (Ом см) | 10-6 – 10-3 | 10-4 – 109 | 109 – 1019 |
| ΔЕ | 0 | 0.1 – 4(5) эВ | >5 эВ |
| Δρ/ΔТ | >0 | <0 | <0 |
П/п. в системе Д.И.Менделеева (элементарные/простые полупроводники)
| IA | IIA | IIIA | IVA | VA | VIA | VIIA | VIIIA |
| металлы | B 1.1 эВ | С 5.5 эВ | Р 1.5 эВ | S 2.5 эВ | диэлектрики | ||
| Si 1.1 эВ | As 1.2 эВ | Se 1.7 эВ | |||||
| Ge 0.72 эВ | Te 0.36 эВ | I 1.25 эВ |
| ||||
| α-Sn 0.1 эВ |
| ||||||
С 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.
ΔЕ = 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:
| № | элемент | порядковый номер | атомный радиус, нм | ΔЕ, эВ | температура плавления |
| 1 | C (алмаз) | 6 | 0.077 | 5.6 | 3800 |
| 2 | Si | 14 | 0.177 | 1.21 | 1423 |
| 3 | Ge | 32 | 0.122 | 0.78 | 937 |
| 4 | Sn (серое) | 50 | 0.156 | 0.88 | 232 |
| 5 | Pb | 82 | 0.175 | 0 | 327 |
С – изолятор
Pb – фактически металл
В ряду С – Sn наблюдается падение ΔЕ 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 ΔЕ 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. ΔЕ(Si)>ΔЕ(Ge)=>Si приборы работают при более высоких температурах: температура работы Ge = 60-80°С, а температура работы Si =200°С, 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 ΔЕ уменьшается. III В – единственный1 элементарный п/п, который не применяется: высокая температура плавления, значительная ΔЕ = 1.58 эВ, распространенность в природе (в 10 раз > Ge); недостаток – трудность получения в высокой степени чистоты монокристаллов.
0 комментариев