Структура валентної оболонки – ns2np3 з n = 3 для фосфору, 4 для мишяку, 5 для сурми, 6 для вісмуту Розподіл електронів по осередках валентної оболонки показано на рис 215,а: Основний стан характеризується трьома електронами з неспареними спинами (p3), причому число їх не буде змінюватися навіть при переході одного з s-Електронів на p-Орбіту Таким чином, у всіх зазначених вище елементах цієї підгрупи три звязку будь-якого атома спрямовані до трьох інших сусіднім атомам, при цьому утворюються структури з координаційним числом Zк = 3 Фізичні параметри елементів цієї підгрупи наведено в табл 23

Фосфор Фосфор має принаймні пять поліморфних модифікацій (білий (дві модифікації), червоний, коричневий і чорний) Лише одна з них – чорний фосфор, який утворюється при підвищеній температурі (≈ 200 ◦ C) і підвищеному тиску, – має напівпровідниковими властивостями Чорний фосфор – найбільш стійка

кристалічна форма фосфору Він кристалізується в орторомбічної системі його елементарний осередок містить вісім атомів Кристал має шарувату структуру, в якій кожен атом повязаний з трьома іншими Один шар цієї структури показаний на рис 215,б Довжина звязку P-P дорівнює 223 A ˚ Два кута між напрямками валентних звязків

складають 102 ◦, а один – 96,5 ◦ Мабуть, ковалентні звязки утворюються в результаті часткового змішування і перекриття sp2-гібридних і p-Орбіталей

Мишяк Мишяк також існує у трьох різних модифікаціях (білий, сірий і аморфний), з яких сіра кристалічна і аморфна модифікації володіють напівпровідниковими властивостями Термодинамічно стійким при нормальних умовах є сірий мишяк, кристалізується в ромбоедричної решітці Кристал сірого мишяку має гофровану-шарувату структуру (рис 215,в) Її можна що з двошарових пакетів, суперпозиція яких дає ромбоедрична структуру кристала Таким чином, кожен атом має три найближчих сусіда в сусідньому шарі того ж пакету

на відстані d1  = 252

A ˚, з якими він повязаний ковалентними звязками, і три більш віддалених сусіда з сусіднього пакета на відстані d2 = 312 A ˚ Кути між напрямками міжатомних звязків в одному пакеті (9665 ◦) вказують на те, що ковалентні звязки утворюються в

результаті перекриття простих p3-орбіталей Сусідні пакети повязані між собою в основному слабкими силами Ван-дер-Ваальса, проте в хімічній звязку між сусідніми пакетами присутня значна частка металевої складової Змішаний характер звязків накладає відбиток на ступінь досконалості структури і на електричні властивості: вони явно анізотропни, а рухливість носіїв заряду виявляється істотно нижче, ніж в елементах з тривимірною ковалентного структурою

Сурма, вісмут Сурма та вісмут мають ту ж кристалічну структуру, що і мишяк Проте зі збільшенням атомного номера збільшується частка металевої складової звязку (у звичайному вигляді сурма і вісмут – напівметали) Цей факт знаходить своє відображення і

у кристалічній структурі: для сурми d1 = 291 A˚

і d2 = 336 A ˚ і

різниця між ними (d2 − d1) виявляється істотно меншою, ніж

у разі мишяку Для Bi d1  = 307 A˚

і d2  = 353

A ˚ Однак слід зауважити, що незважаючи на очевидно металевий характер Sb і

Bi існує відмінність між їх структурою з відносно низькою координацією і структурами з високою координацією, типовими для справжніх металів

Таким чином, закономірності зміни Eg із збільшенням порядкового номера елемента в цій групі напівпровідників аналогічні описаним вище для IVA підгрупи Крім того, видно, що хімічний звязок, що утворюється в підгрупі VA, виявляється помітно слабкіше звязку, побудованої на sp3-гібридних орбиталях

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002