Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
нитевидных вкраплений чистого свинца.
Хейн и др. [75] обнаружили сверхпроводимость в SnTe и довольно надежно -
в GeTe. И в том и в другом материале также имеются отклонения от
стехиометричности, в результате которых может возникнуть концентрация
свободных носителей порядка 10*1 см-3.
Однако наиболее изученный сверхпроводящий полупроводник - это окисел
SrTiOs, в котором сверхпроводимость обнаружена при наличии кислородных
дефектов и при концентрациях носителей в диапазоне 5-1018-10sl см-3. Были
исследованы и некоторые другие смешанные окислы, такие, как WOB, однако,
для того чтобы они стали сверхпроводниками, в них необходимо добавить
несколько процентов щелочного металла. Эти и другие материалы обсудил
Фредерикс ([23], стр. 270).
Некоторые полупроводники становятся сверхпроводящими в условиях высоких
давлений. В этом случае они ведут себя как металлы, а не как
полупроводники ([23], стр. 270), например InSb, InTe и элементарный
полупроводник Те.
Теории сверхпроводимости в приложении к полупроводникам были разработаны
Гуревичем, Ларкиным и Фирсовым 177] и Коэн 178]. Первая из них относится
в основном к полярным полупроводникам, в то время как вторая является
более общей и находится в хорошем согласии с экспериментальными
наблюдениями, в особенности это относится к зависимости температуры
перехода от концентрации носителей.
13.12. Магнитные полупроводники
Некоторые материалы, интерес к которым возник в основном из-за их
магнитных свойств, являются полупроводниками. Большинство таких
материалов - это окислы или халькогениды, и мы уже обращались к ним в
разд. 13.9. Например, NiO, СоО и FeO - это антиферромагнетики и в то же
время полупроводники с низкой подвижностью носителей заряда (см. разд.
13.14). Различные гранаты и шпинели - это ферримагнетики, обладающие
полупроводниковыми свойствами, с низкими величинами подвижности, однако
не такими низкими, как в антиферромагнитных окислах (10"! сма-5-1-с-1).
FeCr2S4 и CrjS8 - это полупроводники, и опять же с очень низкой
подвижностью. Более удивительны некоторые
13. Полупроводниковые материалы
487
ферромагнитные материалы, обладающие полупроводниковыми свойствами, из
которых наиболее изучены EuO, EuS, ЕиБё и CdCr2Se4.
Во всех этих материалах присутствуют либо атомы переходных металлов с ^-
электронами, либо атомы редкоземельных металлов с 4/-электронами. Эти
материалы довольно подробно рассмотрел Хаас ([2], стр. 169). Кроме того,
к этому вопросу обращались Остин и Элвелл [79], которые обсудили также
трудности, встречающиеся при очистке и приготовлении монокристаллов
высокого качества из этих материалов. Малые включения ферромагнитных
примесей, например Fe, в некоторых материалах могут дать значительные по
величине эффекты и скрыть собственные свойства этих материалов.
13.13. Органические полупроводники
Большой интерес вызывают некоторые органические вещества, которые
обнаруживают полупроводниковые свойства. Из органических полупроводников
наиболее подробному исследованию подвергся антрацен, кроме того,
некоторое внимание привлекли и фта-лоцианиты. Работы по этим материалам
сдерживались сложностями приготовления соединений с чистотой, хотя бы
отдалённо напоминающей степень очистки, достигнутую для неорганических
полупроводников. Органические соединения склонны смешиваться с малыми
количествами родственных им соединений, которые, однако, могут иметь
очень непохожие свойства. Другая сложность состоит в приготовлении
кристаллов высокого качества и достаточно большого размера, так как эти
материалы обычно оказываются мягкими и очень хрупкими. Если не принимать
специальных мер предосторожности, то кристаллы часто оказываются
подвергнутыми сильным остаточным механическим напряжениям.
Несмотря на все это, о полупроводниковых свойствах некоторых таких
материалов известно уже очень многое. В основном информация была получена
в результате изучения температурной зависимости электропроводности таких
материалов, а также в результате измерений их оптического поглощения, для
которого не требуется кристаллов большого размера. Свойства органических
полупроводников довольно подробно рассмотрели Инокучи и Аканто [801, а
также Гутман и Лионе 181]. Их свойства в условиях давления описал
Дрикамер [82].
488
IS. Полупроводниковые материалы
13.14. Полупроводники с низкой подвижностью носителей заряда
Мы уже кратко рассматривали ряд примеров, когда подвижность электронов и
дырок в полупроводниках становится низкой или даже очень низкой: это
имеет место в случае примесной проводимости при очень низких температурах
в некоторых окислах, рассмотренных в разд. 13,9, и в большинстве
органических полупроводников. Было обнаружено, что в окислах подвижность
имеет величину всего 10"'-10-8 см? В-1с-1, однако такие окислы являются
исключением, и их следует относить к классу диэлектриков, а не к классу
полупроводников. Чаще встречаются подвижности порядка 1- -10-а см*-В_1-с-
