Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
четвертой группы убывает по мере роста атомного номера соответствующего
элемента. В алмазе она равна ~5,6 эВ, так что чистый алмаз при обычных
температурах является типичным диэлектриком, так как его запрещенная зона
слишком широка и поэтому число электронов, попадающих в зону проводимости
вследствие теплового возбуждения, ничтожно мало.
В случае кремния ширина запрещенной зоны равна приблизительно 1,12 эВ, а
для германия - около 0,67 эВ. Эти одноатомные полупроводники обычно
называют полупроводниками IV группы.
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
77
3.2.3. СМЕШАННАЯ ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Единственными полупроводниками, в которых связь носит чисто гомеополярный
характер, являются полупроводники IV группы. Во всех остальных случаях
связь носит смешанный гомеополярно-ионный характер. Такая смешанная связь
встречается и в молекулах. Например, в молекуле HF электрон не все время
находится на атоме фтора, оставляя протон совершенно оголенным; часть
времени он движется вокруг протона по своего рода "размазанной" орбите.
Вследствие этого химическая связь в молекуле HF осуществляется частично
ионными, частично обменными силами. Главные характеристики смешанной
связи зависят от того, какой вид связи преобладает, ионный или
гомеополярный. В полупроводниках, обозначаемых обычно как AmBv,
преобладает гомеополярный характер связи, однако в них явно присутствует
и ионная компонента связи. Эти вещества представляют собой соединения
элементов III и V групп периодической системы элементов. Преимущественно
гомеополярный характер связи в этих соединениях обычно следует из
кристаллической структуры, весьма схожей со структурой полупроводников IV
группы: каждый атом типа А окружен четырьмя ближайшими соседями типа В,
находящимися в углах правильного тетраэдра. Такую структуру обычно
называют структурой типа цинковой обманки. Она схематически изображена на
рис. 3.13 для случая соединения InSb. Чтобы вокруг каждого узла этой
решетки могли образоваться замкнутые восьмиэлектронные оболочки,
необходимо, чтобы с каждого атома элемента V группы один из электронов
перешел на атом элемента III группы. Таким образом, в случае соединения
InSb можно считать, что узлы кристаллической решетки заняты поочередно
ионами In- и Sb+. Поэтому наряду с чисто гомеополярной связью здесь
имеется ионная составляющая, обусловленная электростатическим притяжением
между разноименными ионами.
II II II II
=In- Sb+ ¦¦¦¦¦¦ In-- Sb+=
=In~ " Sb+~ In"==Sb*=
II II II II
Рис. 3.13. Двумерная схема строения связей в InSb.
78
3. Примеси и несовершенства в кристаллах
Примером полупроводников с преимущественно ионным типом связи может
служить группа широко исследованных солей свинца: PbS, PbSe, РЬТе. В
первом приближении можно принять, что кристалл PbS построен из ионов РЬ2+
и S2-. Существует, однако, немало доказательств тому, что в этих
кристаллах имеется известная доля гомеополярного типа связи. Вещества со
связью преимущественно гомеополярного типа образуют, как правило,
кристаллы со структурой цинковой обманки, или с какой-нибудь другой
родственной структурой, тогда как соединения с преобладающим ионным
характером связи образуют кристаллы кубической структуры, родственной
структуре галогенидов Щелочных металлов. За редкими исключениями это
относится и к соединениям элементов II и VI групп периодической системы
элементов (соединения типа AHBVI). Полупроводники этого типа обычно
называются полярными полупроводниками.
В соединениях типа XY, где X обозначает двухвалентный атом, a Y -
шестивалентный, имеются два пути образования замкнутых электронных
оболочек. Во-первых, возможно образование упомянутого выше полярного
соединения типа X2+Y2~. Этот тип соединения характеризуется электронной
структурой валентных оболочек {О-8}. С другой стороны, возможно также
образование соединений типа Хг~ Yi+ с электронной структурой валентных
оболочек {4- 4}, аналогичной структуре в соединениях типа AmBv, причем в
последнем случае связь будет главным образом гомеополярной, но с
некоторой примесью ионной связи. В то время как соли свинца PbS, PbSe,
РЬТе являются соединениями первого типа, соответствующие соли бериллия
BeS, BeSe, ВеТе относятся к соединениям второго типа. Как и следовало
ожидать, последние обладают кристаллической структурой, аналогичной
структуре соединений типа AIHBV, т. е. структурой цинковой обманки. В
каждом отдельном случае трудно заранее предсказать, какая именно из
указанных структур реализуется в действительности. Можно указать лишь на
то, что если атом металла является сильно электроположительным, то более
вероятно образование ионной структуры.
В твердых телах известную роль играют также иные типы связи, такие, как
металлическая, вандерваальсова и др. Обзор различных типов связи, а также
методов их идентификации, особенно в случае связи ионного и
гомеополярного типов, имеется в монографии Эванса [12].
3.3. Другое определение полупроводников
