Полупроводниковые вещества. Кристаллическая решетка. 3D решетки Браве

17.02.2009

Флёров А.Н.  курс “Физические основы микроэлектроники”

Для самостоятельного изучения

Часть 1

Содержание:

1. Полупроводниковые вещества. 1

2. Кристаллическая решетка. 2

3. 3D решетки Браве. 5

1. Полупроводниковые вещества

Свое название полупроводники получили благодаря тому, что по величине удельной электропроводности они занимают промежуточное положение между хорошо проводящими Электрический ток металлами (проводниками) и практически не проводящими ток диэлектриками (изоляторами). Название это далеко не исчерпывает всего многообразия свойств полупроводников, нашедших за короткое время широкое применение.   Полупроводниковыми свойствами обладает большинство неорганических веществ, а также ряд органических соединений. Все вещества, .обладающие полупроводниковыми свойствами, можно разделить на две группы: элементарные полупроводники, в состав которых входят атомы только одного вида, и полупроводниковые соединения, состоящие из атомов двух и более видов.

В  группу элементарных полупроводников входят  12 химических элементов, которые образуют компактную группу, расположенную в середине таблицы Д. И. Менделеева (рис.1). Цифры |в  кружке справа от символа  химического элемента обозначают ширину запрещенной зоны в кристалле данного химического элемента. Можно заметить, что ширина запрещенной зоны закономерно изменяется в этой группе: она возрастает в каждом периоде при переходе от элемента к элементу слева направо, она уменьшается каждой группе при переходе от элемента к элементу сверху вниз, га закономерность не является неожиданной, так как полупроводниковые свойства вещества определяются, в конечном счете структурой внешних электронных оболочек его атомов.

Вторая   группа   полупроводниковых веществ очень обширна, включает как неорганические, так и органические соединения. Среди  них  прежде всего  следует отметить двойные   соединения элементов третьей и пятой групп периодической системы элементов таких, как, например GаАs, InАs, GаР, GаSb, 1nSb, АlSb и др. Эти соединения, которые часто обозначают символом А^Ш В^V, по своим свойствам очень похожи на такие элементарные полупроводники, как германий и кремний, первыми получившие широкое практическое применение и поэтому наиболее хорошо изученные. Соединения А^ШВ^V широко применяются в настоящее время для изготовления различных полупроводниковых приборов. Находят практическое применение такие полупроводниковые вещества, как сульфиды, селениды, теллуриды и окислы металлов.

Рис.1

2. Кристаллическая решетка

При описании правильной внутренней структуры кристаллов пользуются понятием кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка представляет собой пространственную сетку в узлах которой располагаются частицы (атомы, ионы или молекулы), образующие кристалл.

В основе кристаллической решетки лежит элементарная кристаллическая ячейка, представляющая собой параллелепипед с характерным для .данной решетки расположением атомов (рис.2). Если взять большое число одинаковых кристаллических ячеек и вплотную уложить их в определенном объеме, сохраняя параллельность ребер и граней, то мы будем иметь пример строения идеального монокристалла.                                                    

Рис.2

Формы кристаллов чрезвычайно  разнообразны. Изучением их занимается наука кристаллография.

Важнейшим геометрическим свойством кристаллов, кристаллических  решеток и их ячеек   является   симметрия   по отношению к определенным направлениям (осям) и плоскостям.

Число  возможных  видов  симметрии ограничено.     

Французский  кристаллограф  О.Браве в 1848г. положил начало геометрической теории кристаллов и показал, что в зависимости от соотношения величины и взаимной ориентации ребер элементарной кристаллической ячейки может существовать 14 типов кристаллических (они получили название решеток Браве).

Различают примитивные (простые), базоцентрированные, объемноцентрированные