Розподіл речовин по переважного характеру межатомной звязку (іонна, ковалентний, металева) відповідає їх якісному поділу на діелектрики, напівпровідники і метали, оскільки характер хімічної звязку визначає фізичні властивості матеріалів Природно, тому робилися і робляться численні спроби встановити кореляцію між найважливішими параметрами напівпровідникових матеріалів (Шириною забороненої зони Eg, Рухливістю носіїв заряду μ, теплопровідністю κ) та їх крісталлохіміче

Таблиця 25 Значення ефективних зарядів і ионности решітки в зєднаннях AN B8-N [21-24]

Зєднання

AlSb

GaSb

InSb

GaAs

InAs

GaP

InP

q∗/e

048

033

042

046

056

058

068

λ

037

033

036

040

039

040

042

Зєднання

ZnO

ZnS

ZnSe

CdS

CdSe

CdTe

HgS

q∗/e

106

081

07

073

055

071

077

λ

077

070

068

068

064

068

069

Зєднання

HgSe

HgTe

CuCl

CuBr

CuI

AgI

q∗/e

071

052

059

038

018

023

λ

068

063

09

085

079

081

Рис 221 Залежність ширини забороненої зониEg від довжини звязку в напівпровідниках IVA-VIA підгруп (див табл 23)

ськими характеристиками (довжиною звязку d, Ефективними зарядами q*, Різницею електроотріцательностей ΔX і т д)

Для напівпровідникових елементів різних підгруп з таблиці Д І Менделєєва була побудована залежність ширини забороненої зони Eg цих елементів від довжини звязку d (Рис 221) Виявилося, що для елементів різних підгруп ширина забороненої зони пропорційна зворотному квадрату довжини звязку Така залежність зумовлена, як уже обговорювалося раніше, зменшенням ковалентного складової звязку і збільшенням металевої складової звязку (ефект екранування ядра: звязок ядро ​​- валентні електрони слабшає через збільшення числа заповнених оболонок і зменшується міцність ковалентного звязку)

Про вплив іонної складової звязку на ширину забороненої зони в напівпровідникових зєднаннях можна досить однозначно судити по змінах Eg в ізоелектронних рядах цих сполук Такий ряд утворюють елементи та сполуки, компонентами яких є елементи з одного періоду періодичної таблиці, сума атомних номерів яких постійна і середнє число електронів на атом однаково

З таблиці 26 випливає, що в кожному ізоелектронних ряду α-Sn, Ge і Si довжини звязків d з високою точністю співпадають, тоді як ширина забороненої зони Eg монотонно зростає при переході від елемента-родоначальника ряду до зєднань з усе більш збільшується ступенем ионности (зростання λ повязаний із збільшенням різниці електронегативності атомів компонентів зєднання див табл 24 і табл 25)

Таблиця 26 Значенняd,  λ, Eg,  µn   і μp   в ізоелектронних рядах Sn, Ge, Si наведені для 300 K [24]

Ряд

d, A˚

λ

Eg, ЕВ

µn , См2 / В · с

µp, См2 / В · с

α-Sn

282

0

009

2500

2400

InSb

282

036

018

78000

750

CdTe

281

068

15

1200

80

AgI

281

081

280

50

Ge

244

0

0664

3800

1820

GaAs

244

04

143

8500

420

ZnSe

245

068

280

260

23

CuBr

246

085

290

30

Si

233

0

111

3000

500

AlP

233

040

245

50

150

Ізоелектронних ряди Si і C представлені в таблиці в скороченому вигляді або відсутні, відповідно, тому, що наступні за наведеними представники цих рядів не володіють алмазоподобной структурою і не є напівпровідниками

Сталість d в рядах дає підставу вважати, що ковалентная складова звязку в них не змінюється, а збільшення Eg з одночасним зростанням ступеня ионности зєднання з алмазоподобной структурою обумовлено зростанням іонної складової звязку Крім того, з табл 26 видно, що, по-перше, відбувається уповільнення зростання Eg при переході від одного ряду до іншого, і, по-друге, відбувається уповільнення наростання Eg при переході до іонним зєднанням в кожному ряду Уповільнення зростання Eg при переході від одного ряду до іншого свідчить про те, що ширина забороненої зони є складною функцією λ Уповільнення ж наростання Eg в кожному ряду обумовлено ефектом деполяризації ковалентно-іонної звязку Дійсно, із зростанням ступеня ионности зєднання зростає ступінь компенсації між «антііонним» і «іонним» зарядами компонентів зєднання У результаті в певному інтервалі досить великих λ іонна складова звязку стабілізується Подібний ефект є специфікою ковалентно-іонної звязку, що має рухливий заряд

У напівпровідникових зєднаннях, які не належать до ізоелектронних рядах, залежно Eg(Λ) визначається взаємним положенням елементів A і B в періодичній таблиці Так, наприклад, в ряду сполук AlSb, GaSb і InSb зменшення Eg (Eg = 163 еВ 07 еВ 018 еВ відповідно) відбувається в основному за рахунок зменшення ковалентного складової звязку практично без зміни іонної (див табл 25)

Міцність ковалентного складової звязку в цьому ряду падає, а частка металевої складової звязку збільшується зі зростанням атомного номера A компонента зєднання через зростання ефекту екранування В ряду AlSb, AlAs, AlP зростання Eg (Eg = 163 еВ 214 еВ 245 еВ відповідно) обумовлений як невеликим зростанням ступеня ионности зєднання (λ = 037 039 068 відповідно), так і збільшенням ковалентного складової звязку, повязаної із зменшенням ефекту екранування

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