Розкрити основні проблеми фізики напівпровідників в даний час
жүктеу/скачать 52.95 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 3. Поняття про активні діелектриках
| 2. Рідкі напівпровідники
Плавлення багатьох кристалічних напівпровідників супроводжується різким збільшенням їх електропровідності Q до значень типових для металів (див рис. 5а). Проте для ряду напівпровідників (наприклад HgSe, HgTe і. Т.д.) характерно збереження або зменшення Q при плавленні і збереження напівпровідниками характеру температурної залежності Q (див рис. 5б). Деякі Рідкі напівпровідники при подальшому підвищенні температури втрачають напівпровідникові властивості і набувають металеві (наприклад, сплави Te - Se, ботатие Te). Сплави ж Te - Se, багаті Se поводяться інакше, їх електропровідність має чисто напівпровідниковий характер. У Жидкіх напівпровідниках роль забороненої зони грає область енергії поблизу мінімуму щільності станів в енергетичному спектрі електронів. При досить глибокому мінімумі в його околиці з'являється зона майже локалізованих станів носіїв зарядів з малою рухливістю (псевдощель). Якщо при підвищенні температури відбувається «схлопування» псевдощелей, рідкий напівпровідник перетворюється на метал. 3. Поняття про активні діелектриках Активні діелектрики Активними діелектриками, або керованими діелектриками, прийнято називати такі діелектрики, властивості яких істотно залежать від зовнішніх умов - температури, тиску, напруженості поля і так далі. Такі діелектрики можуть служити робочими тілами в різноманітних датчиках, перетворювачах, генераторах, модуляторах та інших активних елементах. До активних діелектриків відносять сегнетоелектрики, п'єзоелектрики, Електрети, матеріали квантової електроніки, суперіонних провідники та ін Сувора класифікація активних діелектриків неможлива, оскільки один і той же матеріал може проявляти ознаки різних активних діелектриків. Так, сегетоелектрікі часто поєднують властивості п'єзоелектриків. Крім того, немає різкої межі між активними і пасивними діелектриками. Один і той же матеріал в залежності від умов експлуатації може виконувати або функції пасивного ізолятора, які активні функції перетворюючого або керуючий елемент. Сегнетоелектрики С егнетоелектриками називають матеріали, що володіють спонтанною поляризацією, напрямок якої може бути змінено за допомогою зовнішнього електричного поля. У відсутності зовнішнього електричного поля сегнетоелектрики, як правило, мають доменну структуру, тобто розбиваються на мікроскопічні області, що володіють спонтанною поляризацією. У принципі, у феромагнетиків також є домени - області спонтанного намагнічування, тому поведінка сегнетоелектриків в електричному полі подібно до поведінки феромагнетиків в магнітному полі. Єдиним розходженням між сегнетоелектриками і феромагнетиками є те, що при приміщенні в електричне поле міняється вектор електричного зміщення D = E + P, а у феромагнетиків при приміщенні в магнітне поле змінюється індукція B = H + I. За кордоном сегнетоелектрики називають ферроелектрікамі, оскільки сегнетоелектрики є формальними аналогами феромагнетиків. Вітчизняне назва - сегнетоелектрики походить від сегнетової солі, подвійний калій-натрієвої солі винно-кам'яної кислоти (NaKC4H4O6). Сегнетова сіль була першим матеріалом, в якому виявлено спонтанна поляризація. Властивості сегнетової солі були всебічно досліджені І.В. Курчатовим спільно з П.П. Кобеко на початку тридцятих років двадцятого століття. Монокристали сегнетової солі знайшли широке застосування для виготовлення різних приладів у роки Великої Вітчизняної війни, проте в даний час сегнетова сіль втратила своє технічне значення через низьку вологостійкості і низьких механічних властивостей. Дуже інтенсивно почали розвиватися фундаментальні і прикладні роботи зі сегнетоелектрики після відкриття Б.М. Вулом (1944 р.) сегнетоелектричних властивостей титанату барію BаTiO3. На прикладі BаTiO3 розглянемо структуру і властивості сегнетоелектриків. Хімічні зв'язки в BаTiO3 іонно-ковалентні. Титанат барію кристалізується в структуру типу перовськит. Елементарну осередок грат такого типу можна представити таким чином: основу структури складають кисневі октаедри, в центрі яких розташовані іони титану. У свою чергу, іони кисню центрують грані куба, складеного з іонів барію. Розміри елементарної комірки більше подвоєною суми іонних радіусів іонів титану і кисню. Тому іон титану має деяку свободу переміщення в кисневому октаедрі. При досить високих температурах теплова енергія іона титану достатня для того, щоб він безперервно перекидався від одного іона кисню до іншого, тому усереднене положення іона титану знаходиться в центрі елементарної комірки, і елементарна комірка є симетричною - кубічної. Зниження температури веде до зниження кінетичної енергії іона титану і при деякій температурі (нижче 120 ° С) він локалізується поблизу одного з іонів кисню. У результаті, симетрія в розташуванні заряджених частинок порушується, і елементарна осередок набуває дипольний момент. У сусідній елементарній комірці іон титану зміщується до негативного полюса утворився диполя. Таким чином, сусідні елементарні осередки стають спонтанно поляризованими. Одночасно зі спонтанною поляризацією йде деформація кристалічної решітки, і кубічна решітка стає ромбоедріческой. Отже, нижче деякої температури (температури Кюрі) сегнетоелектрики мимовільно поляризуються, і при цьому деформується їх кристалічна решітка. Вище температури Кюрі сегнетоелектрики переходять в параелектріческое стан, і кристалічна решітка стає симетричною. Зміна типу кристалічної решітки при переході через точку Кюрі прийнято називати фазовим переходом. Освіта доменів в кристалах сегнетоелектриків пов'язано з тим, що в тому випадку, коли всі сусідні елементарні комірки кристала поляризовані в одному і тому ж напрямку, навколо кристала з'являється зовнішнє електричне поле. Наявність електричного поля підвищує енергію системи і для зниження енергії кристал мимовільно розбивається на домени. Оскільки нижче температури Кюрі симетрія кристалічної решітки зменшується, то число напрямів, уздовж яких вигідна спонтанна поляризація сусідніх кристалічних граток, порівняно мало. Такими напрямками будуть напрями типу <111>. Відповідно сусідні домени можуть бути разоріентіровани на 180 або на 90 градусів. Оскільки сумарні електричні моменти сусідніх доменів антіпараллельни або перпендикулярні, то в цілому кристал сегнетоелектрики не володіє електричним моментом. Важливо відзначити, що на кордонах доменів відбувається поступовий поворот дипольних моментів з одного напрямку в інший, аналогічно тому, як відбувається цей поворот у феромагнетиках. У цьому ще одна схожість сегнетоелектриків з феромагнетиками. Очевидно, що кордони доменів в сегнетоелектриках взаємодіють зі структурними недосконалостями решітки так само, як і феромагнетиках. жүктеу/скачать 52.95 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|