Цидильковский зонная структура полупроводников скачать

Бесщелевые полупроводники.

Впервые бесщелевое состояние обнаружено в 1957 [1]. Обращение в нуль ширины запрещённой зоны может быть обусловлено симметрией кристаллич. решётки, а может носить и случайный характер. Это позволяет разделить Б. п. на 2 группы. К 1-й относятся -Sn (серое олово), - HgS, HgSe и HgTe, у к-рых дну зоны проводимости и вершине валентной зоны соответствуют волновые функции , 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 Бесщелевые полупроводники можно отнести твердые раствора , , , 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.

Все известные Бесщелевые полупроводники 1-й группы имеют т. н. инверсную зонную структуру, к-рую предложили С. X. Гровс и В. Поль в 1963 для объяснения свойств -Sn. Для этой структуры характерно обратное расположение энергии s - и р -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 , описывается в окрестности "дна" волновыми функциями S-симметрии. Две валентные зоны вблизи своего потолка описываются волновыми функциями P-симметрии (зоны лёгких и тяжёлых дырок; рис., а). В Б. п. (напр., HgTe) зона с S -симметрией расположена ниже зон с Р-симметрией и имеет отрицат. кривизну. Кривизна одной из зон с Р-симметрией оказывается положительной, а другой -отрицательной (рис., 6).

Эффективные массы электронов в бесщелевых полупроводниках заметно меньше эффективных масс дырок . Возникновение инверсной структуры зон связано с релятивистскими эффектами [1]. Отсутствие щели в электронном спектре бесщелевых полупроводников обусловливает целый ряд их особенностей. Концентрация п электронов как носителей заряда в чистых нелегированных Б. п. степенным (а не экспоненциальным) образом зависит от температуры T: Концентрация п может заметно возрастать при пропускании через бесщелевые полупроводники электрич. тока, что обусловливает нелинейность вольт-амперной характеристики. Электронные энергетические спектры ( - энергия электрона, P - его квазиимпульс): а -полупроводника InSb с конечной шириной запрещённой зоны ; б - бесщелевого полупроводника. Значит. роль в бесщелевых полупроводниках при низких темп-pax играет электрон-электронное взаимодействие, приводящее, во-первых, к неаналитич. зависимости энергии электронов и дырок от квазиимпульса р в области ( е - заряд электрона, - статическая диэлектрическая проницаемость; )во-вторых, к сингулярному поведению диэлектрич. проницаемости кристалла как функции T, ферми-энергии , частоты в волнового числа при малых значениях этих параметров. В отличие от обычных полупроводников, в бесщелевых полупроводниках 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 таких квазисвязанных уровней не образуют.

При наложении на бесщелевые полупроводники анизотропных воздействий (одноосного давления) или квантующего магн. поля в их электронном спектре возникает запрещённая зона, что проявляется в росте электросопротивления, коэф. Холла (см. Холла эффект ),изменении оптич. характеристик и т. д. Бесщелевые полупроводники 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 магнетосопротивления , коэф. Нернста-Эттингсхаузена (см.

Нернста-Эттингсхаузена эффект )и нек-рых др. кинетич. параметров.