ПОЛУПРОВОДНИКИ

ПОЛУПРОВОДНИКИ широкий класс веществ,
характеризующихся значениями электропроводности а, промежуточными между
электропроводностью металлов (о10⁶ - 10⁴ом^-1
см^-1) и хороших диэлектриков (о<=10^-10-10^-12ом^-1см^-1,
электропроводность
указана при комнатной темп-ре). Характерной особенностью П., отличающей
их от металлов, является возрастание электропроводности а с ростом темп-ры,
причём, как правило, в достаточно широком интервале темп-р возрастание
происходит экспоненциально:

Здесь k - Больцмана постоянная, Е-энергия активации электронов в П., о(в действительности зависит от темп-ры, но медленнее, чем экспоненциальный
множитель). С повышением темп-ры тепловое движение разрывает связи электронов,
и часть их, пропорциональная ехр (-Естановится
свободными носителями тока.

Связь электронов может быть разорвана не
только тепловым движением, но и различными внешними воздействиями: светом,
потоком быстрых частиц, сильным электрич. полем и т. д. Поэтому для П.
характерна высокая чувствительность электропроводности к внешним воздействиям,
а также к содержанию примесей и дефектов в кристаллах, поскольку
во многих случаях энергия Едля электронов, локализованных
вблизи примесей или дефектов, существенно меньше, чем в идеальном кристалле
данного
П. Возможность в широких пределах управлять электропроводностью П. изменением
темп-ры, введением примесей и т. д. является основой их многочисл. и разнообразных
применений.



Полупроводники и диэлектрики. Классификация
полупроводников. Различие между П. и диэлектриками является скорее
количественным, чем качественным. Формула (1) относится в равной мере и
к диэлектрикам, электропроводность к-рых может стать заметной при высокой
темп-ре. Точнее было бы говорить о полупроводниковом состоянии неметаллич.
веществ. не выделяя П. в особый класс, а к истинным диэлектрикам относить
лишь такие, у к-рых в силу больших значений Еи малых
отолько при темп-pax, при к-рых они полностью испаряются.

Однако термин "П." часто понимают в более
узком смысле, как совокупность неск. наиболее типичных групп веществ, полупроводниковые
свойства к-рых чётко выражены уже при комнатной темп-ре (300 К). Примеры
таких групп:

1) Элементы IV группы периодической
системы элементов Менделеева германий и кремний, к-рые
как П. пока наиболее полно изучены и широко применяются в полупроводниковой
электронике. Атомы этих элементов, обладая 4 валентными электронами,
образуют кристаллические решётки типа алмаза с ковалентной связью
атомов.
Сам алмаз также обладает свойствами П., однако величина Едля
него значительно больше, чем у Ge и Si, и поэтому при Т = 300К его
собственная (не связанная с примесями или внешними воздействиями) электропроводность
весьма мала.

2) Алмазоподобные П. К ним относятся соединения
элементов III группы периодич. системы (Al, Ga, In) с элементами V группы
(Р, As, Sb), наз. П. типа А^III B^v (GaAs, InSb, GaP,
InP и т. п.). Атомы III группы имеют 3 валентных электрона, а V группы
- 5, так что среднее число валентных электронов, приходящееся на 1 атом,
в этих соединениях равно 4 (как и у Ge и Si). Каждый атом образует 4 валентные
связи с ближайшими соседями, в результате чего получается кристаллическая
решётка, подобная решётке алмаза с той лишь разницей, что ближайшие соседи
атома А^III - атомы B^v, а соседи атома B^v-атомы
А^III. За счёт частичного перераспределения электронов атомы
А^III и B^v в такой структуре оказываются разноимённо
заряженными. Поэтому связи в кристаллах A^III B^v не
полностью ковалентные, а частично ионные (см. Ионная связь). Однако
ковалентная связь в них преобладает и определяет структуру, в результате
чего эти кристаллы по многим свойствам являются ближайшими аналогами Ge
и Si.

Соединения элементов II и VI групп периодич.
системы - A^IIB^VI (ZnTe, ZnSe, CdTe, CdS и т. п.)
также имеют в среднем 4 валентных электрона на 1 атом, но ионная связь
у них более сильно выражена. У некоторых из них ковалентная связь преобладает
над ионной, у других она слабее, но и те и другие обладают свойствами П.,
хотя и не столь ярко выраженными, как в предыдущих группах.

Представление о "средней четырёхва-лентности"
и "алмазоподобных" П. оказалось плодотворным для поиска новых П., напр,
типа A^IIB^IVCv (ZnSnPCdGeAsк-рые также являются П., напр. Ge-Si, GaAs-GaP и др.

3) Элементы VI и V групп и их аналоги.
Элементы VI группы Те и Se как П. были известны раньше, чем Ge и Si, причём
Se широко использовался в выпрямителях электрич. тока и фотоэлементах.
Элементы
V группы As, Sb и Bi - полуметаллы, по свойствам близкие к П., а
их ближайшие аналоги -соединения типа A^IVB^VI (PbS,
PbTe, SnTe, GeTe и т. п.), имеющие в среднем по 5 валентных электронов
на атом, образуют одну из наиболее важных групп П., известную в первую
очередь применением PbS, PbSe и PbTe в качестве приёмников инфракрасного
излучения. Вообще среди соединений элементов VI группы (О, S, Se, Те)
с элементами I-V групп очень много П. Большинство из них мало изучены.
Примером более изученных и практически используемых могут служить Си(купроксные выпрямители) и Bi(термоэлементы).

4) Соединения элементов VI группы с переходными