Подгруппа VIA: сера, селен, теллур – основы материаловедения

April 30, 2013 by admin Комментировать »

Структура валентной оболочки — ns2np4 (n = 3 для серы, 4 для селена, 5 для теллура. Элементы этой группы содержат два неспаренных p-электрона на внешней оболочке, поэтому две ковалентные связи от каждого атома могут быть направлены либо к одному атому (при этом будут образовываться двухатомные молекулы как в O2), либо к двум различным атомам (образуются многоатомные молекулы в виде замкнутых колец или бесконечных протяженных цепочек). Угол между соседними ковалентными связями, направленными к двум различным атомам, не

должен сильно отличаться от 90◦. Отличие может быть связано либо с частичной sp-гибридизацией волновых функций электронов, либо со взаимодействием между вторыми соседями. В кристалле кольца или изогнутые цепочки связаны между собой силами Ван-дер-Ваальса. Можно ожидать, что связи здесь будут еще слабее, чем в кристаллах VA подгруппы. Физические параметры элементов подгруппы приведены в табл. 2.3.

Сера. Существует несколько различных полиморфных модификаций серы, однако полупроводниковыми свойствами обладает только наиболее стабильная при нормальных условиях орторомбическая модификация. Структура этой фазы строится из молекул S8, которые имеют кольцевую  форму,  показанную  на  рис.  2.16,б.  Расстояние  S–S  составляет

d = 2.06

A˚ , что соответствует ковалентному радиусу атома серы. Углы между ковалентными связями равны 108◦. Отдельные компактные молекулы S8  относительно слабо связаны между собой силами Ван-дерВаальса.

Селен. Для наиболее часто встречающейся полупроводниковой модификации селена (тригональной) характерно образование длинных спиральных цепочек, оси которых образуют оси c гексагональной структуры.

Угол между связями в такой цепочке составляет 103◦, поэтому можно

Рис. 2.16. а — Схема возможного распределения электронов по квантовым ячейкам валентной оболочки элементов подгруппы VIA. б — Молекула S8 в кристаллической структуре орторомбической серы. в, г — Схема элементарной ячейки гексагональной структуры селена, спроектированная на плоскость, перпендикулярную оси z; клинографическая проекция той же самой ячейки.

говорить, что эти связи осуществляются не чистыми p-, а частично гибридизованными sp-волновыми функциями. Расстояние Se–Se в цепочке

равно d1 = 2.37 A˚ , а между атомами в соседних цепочках — d2 = 3.49 A˚ ,

что соответствует слабым ван-дер-ваальсовым силам, удерживающим цепочки вместе. Заметим, что расстояние d2 значительно меньше, чем соответствующий радиус Ван-дер-Ваальса для атома селена, поэтому, вероятно, что в связи между цепочками присутствует металлическая составляющая, и следует ожидать усиления металлических свойств элемента. Каждый атом в структуре селена оказывается симметрично окруженным шестью соседями в базисной плоскости, а цепочки образуют структуру подобную прутикам в связке. Такая сложная природа связей и такая кристаллическая структура селена приводят к тому, что для селена характерна сильная анизотропия электропроводности и подвижности (вдоль и перпендикулярно оси c). Общее же несовершенство структуры создает в кристаллах большие концентрации активных дефектов, поэтому Se всегда имеет проводимость p-типа, которую не удается изменить даже введением больших концентраций примесей.

Теллур. Теллур имеет такую же структуру, что и селен (расстояние

Te–Te  в  ней  оставляет  2.835

A˚ , а угол между связями в цепочке —

103.2◦). Однако она более совершенная, чем у селена, вследствие чего

Рис. 2.17. Структура йода.

подвижности носителей в теллуре значительно выше (µ= 1700 см2/В·с,

µ= 1200 см2/В·с). Свойства Te анизотропны, хотя и не в такой степени,

как у Se. Тип проводимости Te также всегда дырочный.

Из табл. 2.3 видно, что корреляция между величиной Eg и порядковым номером элементов VIA подгруппы такая же, как и у элементов IVA и VA подгрупп.

2.4.1.        Подгруппа VIIA: йод

Из элементов VIIA подгруппы к полупроводникам относится только твердый йод. Структура йода (рис. 2.17) состоит из молекул I2, в которых пары атомов прочно связаны между собой ковалентными связями. Силы Ван-дер-Ваальса, удерживающие молекулы в кристалле, очень слабы. При слабом нагревании кристалл разрушается, причем молекулы сохраняются и в жидкой и газообразной фазе. Лишь при нагревании до температуры 1200◦С при давлении в 0.1 МПа около половины молекул диссоциирует на отдельные атомы. Расстояние между атомами I–I в молекуле составляет d = 2.7 A˚ , а ближайшее расстояние между различными молекулами — d = 3.54 A˚ .

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты