CINXE.COM

<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN"> <html> <head> <base href="http://femto.com.ua/"> <title>Бесщелевые полупроводники - Физическая энциклопедия</title> <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=utf-8"> <meta name="Keywords" content="современная физика, фундаментальная физика, энциклопедия"> <meta name="Description" content="БЕСЩЕЛЕВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ - каталог научно-справочных публикаций по физике."> <link rel="stylesheet" href="style.css" type="text/css" media="screen"> <script src="files/SchListProcessing.js" type="text/javascript"> </script>  </head> <body> <script type="text/javascript"> var _gaq = _gaq || []; _gaq.push(['_setAccount', 'UA-20779895-1']); _gaq.push(['_trackPageview']); (function() { var ga = document.createElement('script'); ga.type = 'text/javascript'; ga.async = true; ga.src = ('https:' == document.location.protocol ? 'https://ssl' : 'http://www') + '.google-analytics.com/ga.js'; var s = document.getElementsByTagName('script')[0]; s.parentNode.insertBefore(ga, s); })(); </script> <div class="wrap"> <div class="logo"> <div class="logo_img"><img src="files/images/femtocomua_small.png" alt="Энциклопедия по физике"></div> <div class="ban_top">  <script type="text/javascript"> </script> <script type="text/javascript" src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"> </script>  </div> </div> <div class="blue_border"></div> <div class="top_menu"> <div class="adsearch"> <form action="http://www.google.ru/cse" id="cse-search-box" target="_blank"> <div> <input type="hidden" name="cx" value="partner-pub-5001158605331260:8765084211" /> <input type="hidden" name="ie" value="utf-8" /> <input type="text" name="q" size="16" /> <input type="submit" name="sa" value="Поиск" /> </div> </form> <script type="text/javascript" src="http://www.google.com/jsapi"></script> <script type="text/javascript">google.load("elements", "1", {packages: "transliteration"});</script> <script type="text/javascript" src="http://www.google.com/cse/t13n?form=cse-search-box&t13n_langs=en"></script> <script type="text/javascript" src="http://www.google.ru/coop/cse/brand?form=cse-search-box&lang=ru"></script> <script type="text/javascript" src="http://www.google.com/cse/query_renderer.js"></script> <div id="queries"></div> <script src="http://www.google.com/cse/api/partner-pub-5001158605331260/cse/8765084211/queries/js?oe=utf-8&callback=(new+PopularQueryRenderer(document.getElementById(%22queries%22))).render"></script> </div> <a href="http://femto.com.ua/"><img src="files/images/menu_start.gif" alt="Стартовая"></a> <a href="index1.html"><img src="files/images/menu_index.gif" alt="Предметный указатель"></a> <a href="phys_world/preview-1.html"><img src="files/images/menu_phys_world.gif" alt="Новости науки и техники"></a> </div> <div class="menu"> <div class="box"> <div class="b_l-t"></div><div class="b_r-t"></div><div class="b_c-t"><span class="box_title">Физическая энциклопедия</span></div> <div class="box_content"> <ul><li><a href="http://femto.com.ua/">Главная</a></li><li><a href="index1.html">Предметный указатель</a></li></ul> <div class="sch_form"> <form name="schForm" action="Javascript:loadArticle()"> <select name="schDest" class="sch_dest" size="5" ondblclick="loadArticle()" onchange="rewriteInput()"><option value=""></option></select> <input name="schInput" class="sch_input" title="Введите термин" ondblclick="loadArticle()" onpaste="getPickList()" onkeyup="getPickList()"> <input type="submit" class="sch_button" value="Поиск"> </form> </div> </div> <div class="b_l-b"></div><div class="b_r-b"></div><div class="b_c-b"></div> </div>    <div class="box"> <div class="b_l-t"></div><div class="b_r-t"></div><div class="b_c-t"><span class="box_title">Фотогалерея</span></div> <div class="box_content" id="phys_photo"> <img src="phys_photo/pp0000.jpg" alt="Фрактал"> <div>Фрактал</div> </div> <div class="b_l-b"></div><div class="b_r-b"></div><div class="b_c-b"></div> </div> </div> <div class="main"> <div class="box"> <div class="b_l-t"></div><div class="b_r-t"></div><div class="b_c-t"><span class="box_title">Новости науки и техники</span></div> <div class="box_content" id="phys_world_preview"> <table cellspacing="0"><tr> <td class="phw_preview_block"><blockquote><a class="phw_headline" href="phys_world/phys_world-0050.html"><strong>ЗАГАДКА ГОЛУБЫХ ЗВЕЗД</strong></a><br><span class="phw_subheading"><strong></strong></span></blockquote> В огромном шаровом звездном скоплении Омега Центавра находятся самые необычные звезды во Вселенной – голубые, переполненные гелием.<br> В прошлом году с помощью телескопа Хаббл ученые обнаружили, что в шаровом скоплении Омега Центавра наблюдаются красные и голубые звезды, сжигающие в своих недрах водород. <a class="phw_more" href="phys_world/phys_world-0050.html">Далее...</a></td> <td class="phw_img_block"><p class="phw_img"><img src="phys_world/img_phys_world/00050_small.jpg" alt="Голубая звезда"></p></td> </tr></table> </div> <div class="b_l-b"></div><div class="b_r-b"></div><div class="b_c-b"></div> </div>  <div class="ads_in_text_block"> <script type="text/javascript"> </script> <script type="text/javascript" src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"> </script> </div>  <div class="article"> <h1>бесщелевые полупроводники</h1> <P> <strong>БЕСЩЕЛЕВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ</strong> - вещества с тождественно равной нулю шириной запрещённой зоны. В Б. п. дно зоны проводимости <img src="articles/part_1/p1/1119910-156.jpg" alt="1119910-156.jpg" align="absmiddle"> и вершина валентной зоны <img src="articles/part_1/p1/1119910-157.jpg" alt="1119910-157.jpg" align="absmiddle"> касаются друг друга. Б. п. образуют естеств. границу между металлами (металлы с точечной <em><a href="articles/part_2/4299.html">ферми-поверхностью</a></em>)и полупроводниками. От типичных полупроводников их отличает отсутствие энергетич. порога для рождения электронно-дырочных пар, от металлов - существенно меньшая плотность электронного газа. Впервые бесщелевое состояние обнаружено в 1957 [1]. Обращение в нуль ширины запрещённой зоны <img src="articles/part_1/p1/1119910-158.jpg" alt="1119910-158.jpg" align="absmiddle"> может быть обусловлено симметрией кристаллич. решётки, а может носить и случайный характер. Это позволяет разделить Б. п. на 2 группы.</p> <p> К 1-й относятся <img src="articles/part_1/p1/1119910-159.jpg" alt="1119910-159.jpg" align="absmiddle"> -Sn (серое олово), <img src="articles/part_1/p1/1119910-160.jpg" alt="1119910-160.jpg" align="absmiddle">- HgS, HgSe и HgTe, у к-рых дну зоны проводимости и вершине валентной зоны соответствуют <em><a href="articles/part_1/0548.html">волновые функции</a></em>, принадлежащие одному и тому же неприводимому представлению пространственной группы симметрии кристаллов. Бесщелевой электронный спектр этих веществ достаточно устойчив и исчезает лишь при внеш. воздействиях, понижающих симметрию кристалла (напр., при одноосном сжатии). Ко 2-й группе Б. п. можно отнести <em>твердые раствора <img src="articles/part_1/p1/1119910-161.jpg" alt="1119910-161.jpg" align="absmiddle"></em> , <em> <img src="articles/part_1/p1/1119910-162.jpg" alt="1119910-162.jpg" align="absmiddle"> , <img src="articles/part_1/p1/1119910-163.jpg" alt="1119910-163.jpg" align="absmiddle"></em>, у к-рых при определ. соотношениях компонент возникает случайное вырождение уровней, соответствующих дну зоны проводимости и вершине валентной зоны. В этих веществах бесщелевое состояние может быть разрушено под действием любого возмущения, в т. ч. такого, к-рое не изменяет симметрии кристалла.<br> </p> <p> Все известные Б. п. 1-й группы имеют т. н. инверсную зонную структуру, к-рую предложили С. X. Гровс и В. Поль в 1963 для объяснения свойств <img src="articles/part_1/p1/1119910-164.jpg" alt="1119910-164.jpg" align="absmiddle"> -Sn. Для этой структуры характерно обратное расположение энергии <em>s</em>- и <em>р</em>-подобных электронных зон кристалла по сравнению с энергетич. структурой таких типичных полупроводников, как Ge и InSb, обладающих той же кубич. симметрией. У InSb зона проводимости, отделённая от валентной зоны запрещённой зоной шириной <img src="articles/part_1/p1/1119910-165.jpg" alt="1119910-165.jpg" align="absmiddle">, описывается в окрестности "дна" <img src="articles/part_1/p1/1119910-166.jpg" alt="1119910-166.jpg" align="absmiddle"> волновыми ф-циями S-симметрии.</p> <p> Две валентные зоны вблизи своего потолка <img src="articles/part_1/p1/1119910-167.jpg" alt="1119910-167.jpg" align="absmiddle"> описываются волновыми ф-циями P-симметрии (зоны лёгких и тяжёлых дырок; рис., а). В Б. п. (напр., HgTe) зона с <em>S</em>-симметрией расположена ниже зон с Р-симметрией и имеет отрицат. кривизну. Кривизна одной из зон с Р-симметрией оказывается положительной, а другой -отрицательной (рис., <em>6). <a href="articles/part_2/4784.html">Эффективные массы</a></em> электронов <img src="articles/part_1/p1/1119910-168.jpg" alt="1119910-168.jpg" align="absmiddle"> в Б. п. заметно меньше эффективных масс дырок <img src="articles/part_1/p1/1119910-169.jpg" alt="1119910-169.jpg" align="absmiddle"> . Возникновение инверсной структуры зон связано с релятивистскими эффектами [1].<br> </p> <p> Отсутствие щели в электронном спектре Б. п. обусловливает целый ряд их особенностей. Концентрация <em>п</em> электронов как носителей заряда в чистых нелегированных Б. п. степенным (а не экспоненциальным) образом зависит от темп-ры <em>T:</em><br> </p> <p align="center"> <img src="articles/part_1/p1/1119910-170.jpg" alt="1119910-170.jpg" align="absmiddle"><br> </p> <p> Концентрация <em>п</em> может заметно возрастать при пропускании через Б. п. электрич. тока, что обусловливает нелинейность вольт-амперной характеристики.<br> </p> <div align="center"><img src="articles/part_1/p1/1119910-171.jpg" alt="1119910-171.jpg" align="absmiddle"> </div> <p align="center"> Электронные энергетические спектры (<img src="articles/part_1/p1/1119910-172.jpg" alt="1119910-172.jpg" align="absmiddle">- энергия электрона, <em>P</em> - его квазиимпульс): <em>а</em>-полупроводника InSb с конечной шириной запрещённой зоны ; <em>б</em> - бесщелевого <img src="articles/part_1/p1/1119910-173.jpg" alt="1119910-173.jpg" align="absmiddle"> полупроводника.<br> </p> <p> Значит. роль в Б. п. при низких темп-pax играет электрон-электронное взаимодействие, приводящее, во-первых, к неаналитич. зависимости энергии электронов и дырок от квазиимпульса <em>р</em> в области <img src="articles/part_1/p1/1119910-174.jpg" alt="1119910-174.jpg" align="absmiddle"> (<em>е</em> - заряд электрона, <img src="articles/part_1/p1/1119910-175.jpg" alt="1119910-175.jpg" align="absmiddle"> - статическая <em><a href="articles/part_1/1099.html">диэлектрическая проницаемость</a>;</em> )во-вторых, к сингулярному поведению диэлектрич. проницаемости кристалла как ф-ции <em>T, <a href="articles/part_2/4302.html">ферми-энергии</a></em> <img src="articles/part_1/p1/1119910-176.jpg" alt="1119910-176.jpg" align="absmiddle">,<em><sub> </sub></em>частоты в волнового числа при малых значениях этих параметров.<br> </p> <p> В отличие от обычных полупроводников, в Б. п. невозможно существование истинно дискретных примесных уровней, однако акцепторные примеси в Б. п. образуют узкие резонансные состояния в зоне проводимости с шириной, пропорциональной малому отношению плотности электронных состояний в зонах проводимости и валентной [2]. Донорные же примеси в Б. п. с <img src="articles/part_1/p1/1119910-177.jpg" alt="1119910-177.jpg" align="absmiddle"><img src="articles/part_1/p1/1119910-178.jpg" alt="1119910-178.jpg" align="absmiddle"> таких квазисвязанных уровней не образуют.<br> </p> <p> При наложении на Б. п. анизотропных воздействий (одноосного давления) или квантующего магн. поля в их электронном спектре возникает запрещённая зона, что проявляется в росте электросопротивления, коэф. Холла (см. <em><a href="articles/part_2/4477.html">Холла эффект</a></em> ),изменении оптич. характеристик и т. д.<br> </p> <p> Б. п. со случайным вырождением зоны проводимости и валентной зоны обладают непараболич. спектром носителей заряда с очень малыми эффективными массами. Следствием этого является высокая подвижность электронов и дырок, приводящая, в частности, к значит. величине <em><a href="articles/part_1/2028.html">магнетосопротивления</a></em>, коэф. Нернста-Эттингсхаузена (см. <em><a href="articles/part_2/2486.html">Нернста-Эттингсхаузена эффект</a></em>)и нек-рых др. кинетич. параметров.<br> </p> <p> <em>Лит.:</em> 1) Цидильковский И. M., Зонная структура полупроводников, M., 1978; 2) Гельмонт Б. Л., Иванов-Омский В. И., Цидильковский И. M., Электронный энергетический спектр бесшелевых полупроводников, "УФН", 1976, т. 120, с. 337; 3) Берченко H. H., Пашковский M. В., Теллурид ртути - полупроводник с нулевой запрещенной зоной, там же, 1976, т. 119, с. 223.<br> </p> <p> <em>С. Д. Бенеславский</em>.<br> </P> <div class="blue_border"></div> <p class="next-prev"><a rel="prev" href="articles/part_1/0299.html">   <<   </a>  <a rel="index" href="index1.html"> Предметный указатель </a>  <a rel="next" href="articles/part_1/0301.html">   >>   </a></p> </div> </div>  <div class="both"></div> <div class="blue_border"></div> <div class="footer_separator"></div> <div class="footer"> <div class="copyright">© femto.com.ua <br> <img src="files/images/mailabs.gif" align="absmiddle" border="0"> webmaster@femto.com.ua</div> </div> </div> </body> </html>