Содержание

Спектры энергетических уровней многозарядных нанокластеров атомов марганца в кремнии Текст научной статьи по специальности «Физика»

СПЕКТРЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ МНОГОЗАРЯДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ АТОМОВ МАРГАНЦА В КРЕМНИИ

М.К. Бахадырханов, С.Б. Исамов

Ташкентский государственный технический университет им. А.Р. Беруни, ул. Университет, д.2, г. Ташкент, 100095, Республика Узбекистан, [email protected],mail.ru

В работах [1-3] методом ЭПР и АСМ показано, что при определенных термодинамических условиях можно формировать нанокластеры атомов марганца в решетке кремния, состоящие из четырех атомов марганца, находящихся в эквивалентных соседних междоузлиях, вокруг отрицательно заряженного атома бора. В работе [4] установлены основные условия формирования таких кластеров, где атомы марганца находятся в ионизированном состоянии (Mn , Mn ). (значение

n меняется от 4 до 8) и их размер составляют от 1,5 до 3 нм. Такие кластеры являются не только наноструктурой в решетке кремния, но и могут действовать как многозарядные центры, заряд которых

меняется от [(Mn)4 (в)-1 ] до [(Mn))8 (в) ] .

Управляя соотношением концентрации атомов бора и введенных атомов марганца с помощью определенного термодинамического условия легирования, можно создавать нанокластеры с различными зарядовыми состояниями и концентрациями.

Концентрация нанокластеров в основном определяется концентрацией бора, а также растворимостью марганца при данной температуре диффузии, максимальное значение которой составляет N=(2-7)-1014 см-3. Как известно из литературных данных [5], в полупроводниковых материалах при обычных условиях легирования невозможно создать такие многозарядные центры. Поэтому представляют большой интерес исследование фотоэлектрических свойств кремния с нанокластерами, обладающими различными зарядовыми состояниями, а также определение спектра энергетических уровней, созданного ими в запрещенной зоне. Результаты указанных исследований позволяют выявить неисследованные ранее функциональные возможности кремния с нанокластерами в электронике и оптоэлектронике [6].

На основе монокристаллического кремния p-типа с р~5 Ом-см, управляя условиями диффузии, были изготовлены образцы с удельными сопротивлениями р=102-105 Ом-см как компенсированные p-, так и перекомпенсированные n-типа.

Методом эффекта Холла определены основные электрофизические параметры полученных образцов, а также положения уровня Ферми при Т = 300 К (см. таблицу). В результате исследования состояния атомов марганца в решетке методом ЭПР установлено, что в образцах p-типа с положением уровня Ферми F=EV+0,3 наблюдаются спектры, связанные с нанокластерами атомов марганца [7]. В перекомпенсированных образцах n-типа, легированных марганцем, независимо от положения уровня Ферми такие спектры не были обнаружены, что свидетельствует об отсутствии или очень небольшой концентрации нанокластеров.

Основные электрофизические параметры Si<B,Mn> c нанокластерами атомов марганца

№ Тип р, Ом-см ц, см2/(В-с) Nn, p , см-3 F, эВ

1 р 2-102 213 1,46-1014 EV+0,300

2 р 8-102 90 8,68-1013 EV+0,314

3 р 8-103 63 1,24-1013 EV+0,364

4 р 2-104 80 3,9-1012 EV+0,394

5 р 4-104 75 1,98-1012 EV+0,412

6 р 2-105 188 1,66-Ю11 Ev+0,476

7 n 104 1218 5Д3-1011 Ec-0,451

8 n 4-104 1012 2,47-Ю11 Ec-0,470

© Бахадырханов М.=0,16 эВ, и с ростом энергии падающих фотонов фототок непрерывно и скачкообразно увеличивается и имеет максимальное значение при hv = 0,75-0,8 эВ, то есть в таких образцах наблюдается очень высокая примесная ФП в области hv = 0,16-0,8 эВ (X = 1,55-8 мкм) (кривая 6). При смещении положения уровня Ферми вверх, то есть при высоком удельном сопротивлении, начало фотоответа смещается в сторону высоких энергий фотонов, а в образцах практически сохраняется высокий уровень фоточувствительности в исследуемой области спектра (кривые 3-5).

Рис. 1. Спектральная зависимость фотопроводимости в Si<B,Mn> от положения уровня Ферми. 1 — р=104 Ом-см, п-тип; 2 — р=4-104 Ом-см, п-тип; 3 — р=2-105 Ом-см, р-тип; 4 — р=4-104 Ом-см, р-тип;5 — р=2 -104 Ом -см, р-тип; 6 — р=8 -103 Ом -см, р-тип

В образцах п-типа фотоответ начинается при hv = 0,5 эВ, он связан с переходом электронов с донорного уровня марганца с Е=Ес-0,5 (рис. 1, кривые 1, 2). В таких образцах независимо от удельного сопротивления примесная ФП в исследуемой области спектра существенно меньше, чем в образцах р-типа, и она очень слабо зависит от энергии фотонов hv = 0,16-0,8 эВ.

Эти данные позволяют утверждать, что смещение уровня Ферми вверх не только уменьшает кратность заряда состояния нанокластеров, но и увеличивает число атомов марганца, не участвующих в формировании нанокластеров.

На основе экспериментальных данных нами определены зависимости начала фотоответа от положения уровня Ферми в образцах р-типа (рис. 2). Эти данные позволяют предполагать, что нанок-ластеры создают достаточно глубокий спектр донорных энергетических уровней в интервале Е = 0,16-0,4 эВ, находящихся около валентной зоны.

Таким образом, формирование многозарядных нанокластеров существенно изменяет структуру энергетических состояний атома марганца в кремнии.+0,364 эВ приведены на рис. 3. Как следует из рисунка, с повышением температуры начало фотоответа смещается в сторону высоких энергий фотонов и меняется от Е1 = 0,16 эВ до Е2 = 0,4 эВ в интервале температур Т = 77-250 К. В исследуемой области температур фоточувствительность с повышением температуры монотонно уменьшается, но следует отметить, что такие образцы сохраняют достаточно высокую примесную чувствительность даже при более высоких температурах. Эти результаты показывают, что многозарядные нанокластеры действительно создают спектр энергий в области hv = 0,16-0,4 эВ и имеют достаточно высокую примесную фоточувствительность в широкой области температур.

0,4

0,3

0,2

Е, эВ

Т, К

0,1 113 153 193 243 2 73 313

Рис. 3. Зависимость начала фотоответа от температуры в Si<B,Mn> с р=8 -103 Ом -см р-типа

0 10 20 30 40

Рис. 4. Зависимость фототока от напряженности электрического поля при различных

о3

энергиях фотонов в Si<B,Mn>, р=8 -10 Ом -см, р-типа. 1 — 0,226; 2 — 0,370; 3 — 0,546; 4 — 0,730 эВ

Исследование влияния электрического поля на фотоэлектрические свойства материала позволяет определить как оптимальные значения электрического поля, при которых работают различные фотоэлектрические приборы, так и возможность управления фоточувствительностью. Для образцов р-типа с р~ 8 -103 Ом см исследовалось влияние электрического поля на фоточувствительность при различных значениях длин волн (X = 1,55; 3; 6 мкм) (рис. 4). Как показали результаты, электрическое поле практически не влияет на начало фотоответа в исследуемой области спектра ИК-излучения. Следует отметить, что фоточувствительность образцов зависит от электрического поля, и эта зависимость практически состоит из двух участков. На первом участке, когда значения электрического поля меняются в интервале Е = 1-20 В/см, фоточувствительность образцов увеличивается по суперлиней-

ной зависимости (

!/!п~Е

3,2

), а в области Е = 20-40 В/см эта зависимость описывается законом

I/10 E . Данные показывают, что, меняя электрическое поле, можно управлять фоточувствительностью образцов в широком интервале.

На основе экспериментальных результатов можно предположить, что нанокластеры с максимальными зарядовыми состояниями создают достаточно высокое локальное электрическое поле. Как показали расчеты, значения напряженности поля вокруг нанокластера достигают E = 106-107 В/см. Поэтому такие нанокластеры являются мощными центрами отталкивания дырок и притягивания электронов, то есть имеют аномально большое сечение захвата для электронов, а также аномально маленькое сечение захвата для дырок. Поэтому в таких материалах время жизни дырок существенно увеличивается и обеспечивает высокую примесную ФП. В материалах p-типа F = EV+0,3 эВ, при T = 300 К практически все атомы марганца находятся в ионизованном состоянии, компенсируя дырки, и поэтому кластеры в основном находятся в ионизованном состоянии. При освещении фотонами с энергией hv = 0,16 эВ электроны из валентной зоны переходят на самый низкий уровень, и нанокла-стеры создают соответствующую концентрацию дырок с аномально высоким временем жизни. С повышением энергии падающих квантов электроны из валентной зоны переходят к последующему энергетическому уровню нанокластера и соответственно увеличивают концентрацию дырок в валентной зоне, что обеспечивает непрерывной рост фототока. Высокая ФП обеспечивается тем, что энергетические уровни нанокластеров имеют существенно разное сечение захвата носителей заряда.

Экспериментальные результаты показывают, что кремний с многозарядными нанокластерами очень перспективный материал для создания более чувствительных ИК фотоприемников для области А,=1,55-8 мкм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ludwig G.W., Woodbury H.H., Carlson R.O. Spin Resonance of Deep Level Impurities in Germanium and Silicon. J. Phys. Chem. Solids. 1959, 8, 490.

2. Kreissl J., Gehlhoff W. Electron Paramagnetic Resonance of the Mn04 Cluster in Silicon. Phys. Status. Solidi B. 1988, 145, 609.

3. Бахадырханов М.К., Аюпов К.С., Мавлянов Г.Х., Илиев Х.М., Исамов С.Б. Фотопроводимость кремния с нанокластерами атомов марганца. Микроэлектроника. 2010, 39(6), 426-429.

4. Абдурахманов Б.А., Аюпов К.С., Бахадырханов М.К., Илиев Х.М., Зикриллаев Н.Ф., Сапарниязова З.М. Низкотемпературная диффузия примесей в кремнии. Доклады АН РУз. 2010, (4), 32-36.

5. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. М., 1977. С. 562.

6. Мильвидский М.Г., Чалдышев В.В. Наноразмерные атомные кластеры в полупроводниках — новый подход к формированию свойств материалов. ФТП. 1998, 32(5), 513-518.

7. Фистуль В.И., Казакова В.М., Бобриков Ю.А., Рябцев А.В., Абдурахманов К.П., Зайнабидинов С., Камилов Т.С., Утамурадова Ш.Б. О состоянии примесных ионов марганца в кремнии. ФТП. 1982, 16(5), 939-941.

8. Абдурахманов К.П., Лебедев А.А., Крейсль Й., Утамурадова Ш.Б. Глубокие уровни в кремнии, связанные с марганцем. ФТП. 1985, 19(2), 213-216.

Поступила 16.03.11

Summary

In this work the spectrum of energy levels multicharge nanoclusters of manganese atoms in silicon are investigated. It is found, that formation of multicharge nanocluters essentially changes the structure of energy states of manganese atoms in silicon and energy levels in the range of Е = EV+(0.16-0.5) eV are formed. In such materials value of a photocurrent in the range of hv=0.16-0.6 eV increases continuously and in steps, it also possesses very high values, i.e. has high impurity photosensitivity. It is found, that photosensitivity of such samples in the range of hv=0.16-0.8 eV increases with electric field growth by the law ~ E3’8-4. It is established that by controlling of the charge states of nanoclusters, it is possible to change photoconductivity and photosensitivity of the materials in a wide area.

Электроника на карбиде кремния: мощнее, быстрее, надежнее | Публикации

На протяжении развития силовой электроники неоднократно менялся полупроводниковый материал, из которого изготавливались приборы. Селен, германий, кремний… Теперь этот список дополнил такой материал, как карбид кремния, и ему прочат большое будущее. О том, чем карбид кремния хорош именно для электроэнергетики и какие революционные изменения несет его внедрение, пойдет речь в этой статье.

Для переключения электрического тока вместо механических реле все чаще применяются полупроводниковые приборы. Наиболее распространенный вариант — так называемые МОП-транзисторы (аббревиатура расшифровывается как «металл-окисел-полупроводник», в зарубежной литературе применяется термин MOSFET).

Конструкция МОП-транзистора с n-каналом

Если очень упрощенно представить конструкцию МОП-транзистора, то она представляет собой полупроводниковую пластину, в которой сделан проводящий канал, расположенный между изолированным электродом — так называемым затвором — и подложкой. На концах канала располагаются электроды, именуемые истоком и стоком. Обычно подложка и исток электрически соединены. В зависимости от напряжения между затвором и подложкой транзистор либо открыт, либо закрыт. В открытом состоянии поток электронов идет через канал от истока к стоку или в обратном направлении, в зависимости от типа канала (описание регулировки этого процесса подачей напряжения на затвор слишком сложен и выходит за рамки данной статьи). В закрытом состоянии электроны между указанными электродами двигаться не должны. Но из-за конечного сопротивления полупроводникового кристалла в закрытом состоянии наблюдается небольшой ток утечки.

Наличие тока утечки — основной недостаток электронного переключателя по сравнению с механическими контактами реле. Когда контакты реле разомкнуты, ток через них практически равен нулю. Если речь идет о напряжениях порядка сотен и тем более тысяч вольт, токи утечки представляют уже серьезную проблему. Помимо нерационального расходования электроэнергии, они приводят к сильному нагреву коммутирующего прибора, что может привести к его выходу из строя.

Обнаружить карборунд в природе — большая редкость, обычно SiC производят путем синтеза

Наиболее массовым материалом для построения силовой электроники сейчас является кремний. При этом наметилась тенденция внедрения МОП-транзисторов, изготовленных уже не из кремния, а из карбида кремния (SiC). Такие транзисторы имеют намного меньшие токи утечки, чем кремниевые, и многие параметры, критичные для силовой электроники, у них находятся на более высоком уровне.

Физика процессов

Энергетические уровни электронов в полупроводниках и диэлектриках могут находиться в одной из двух зон — валентной или проводимости. Между этими зонами находится так называемая запрещенная зона, в которой энергетические уровни электронов присутствовать не могут. Разница между диэлектриками и полупроводниками заключается только в ширине запрещенной зоны. Принято считать, что у полупроводников она меньше 5,5 эВ.

При температуре, близкой к абсолютному нулю, все электроны располагаются в валентной зоне, материал не проводит электричество. По мере нагревания энергетические уровни части электронов переходят в зону проводимости. Чем выше температура, тем больше электронов переходит на эти уровни, соответственно, сопротивление полупроводника падает, а ток утечки растет. Если не обеспечить эффективный теплоотвод, может начаться процесс, когда, разогрев кристалла влечет за собой увеличение тока утечки, что приводит к еще большему разогреву и т. д. вплоть до выхода прибора из строя.

Чем шире запрещенная зона полупроводника, тем меньше вероятность перехода электронов из зоны валентности в зону проводимости. Соответственно, для снижения тока утечки нужно применять полупроводники с как можно более широкой запрещенной зоной. Силовая электроника постепенно движется в этом направлении. От силовых приборов на основе германия быстро отказались, т. к. материал имел ширину запрещенной зоны око-ло 0,7 эВ. Кремний в этом смысле лучше подошел для силовой электроники, поскольку у него ширина запрещенной зоны составляет 1,12 эВ. Карбид кремния, в зависимости от типа кристаллической решетки, может иметь ширину запрещенной зоны от 2,2 до 3,3 эВ, что позволяет обеспечить на порядок более высокое сопротивление исток-сток в закрытом состоянии. Если кремний выдерживает температуры до +125 °C, то карбид кремния — теоретически до +600 °C (на практике до +200 °C, больше просто корпуса не выдерживают).

Особенностью карбида кремния также является многообразие форм кристаллической решетки, для электроники на практике пока применяются только варианты 4H и 6H. Карбид кремния обладает в три раза большей теплопроводностью по сравнению с кремнием. Это обеспечивает лучший отвод тепла от кристалла.

Технологические проблемы

Человечество использует карбид кремния вот уже больше века, но… как материал для изготовления шлифовальных инструментов. В шлифовальных дисках часто используется карборунд — синтетический материал, содержащий около 93 % SiC.

Из-за того, что карбид кремния представляет собой очень прочный материал, сопоставимый по этому параметру с алмазом, его сложно обрабатывать. Другой проблемой была очистка от примесей. Да, карборунд производится в больших количествах и стоит недорого, но попытки наладить выпуск более чистого карбида кремния сталкивались с проблемами. В итоге массовое производство приемлемых по цене мощных МОП-транзисторов из карбида кремния было налажено только в 2010-х годах.

Недостатком большинства SiC-транзисторов является сложность конструкции драйвера для их управления

Еще одной проблемой, характерной для карбида кремния, является сложность управления изготовленными из него транзисторами. Кремниевый МОП-транзистор открывается при подаче на затвор напряжения от 1 до 4 В относительно истока, в зависимости от модели. Если на затворе 0 В, то такой транзистор будет находиться в закрытом состоянии.

Большинство транзисторов, изготовленных из SiC, управляются следующим образом. Для открытия транзистора на затвор требуется подать напряжение от 20 до 25 В относительно истока. А вот закрытие потребует прикладывания к затвору уже не нулевого, а отрицательного напряжения, около -5 В. Данное обстоятельство значительно усложняет конструкцию драйвера — узла, управляющего мощным транзистором. И только в ноябре 2020 г. американская компания UnitedSiC начала серийный выпуск четвертого поколения МОП-транзисторов из карбида кремния, у которых напряжение открытия составляет 12 В, а напряжение закрытия равно нулю, как у кремниевых транзисторов.

Применение в инверторах

Меньшее удельное напряжение электрического пробоя у SiC по сравнению с кремнием позволяет уменьшить размеры транзистора. В свою очередь, это позволяет увеличить его быстродействие. Так-же более высокое быстродействие транзисторов на карбиде кремния обусловлено тем, что они в процессе работы не входят в режим насыщения.

На транспорте с электрической тягой, в альтернативной энергетике, источниках бесперебойного питания и т. п. часто применяются инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный. Наиболее громоздкие элементы инверторов — дроссели, трансформаторы и конденсаторы. Чем выше рабочая частота инвертора, тем компактнее эти элементы. Инвертор на кремниевых транзисторах имеет рабочую частоту не более 50 кГц, транзисторы на карбиде кремния позволяют создавать мощные инверторы с рабочей частотой до 150 кГц. Более низкие токи утечки определяют меньший нагрев SiC-транзисторов, а это значит, что систему теплоотвода можно сделать компактной.

Впервые на электротранспорте SiC-инвертор на транзисторах STMicroelectronics был применен в электромобиле Tesla Model 3, представленном в 2016 г. Применение инновационных транзисторов позволило повысить КПД электрооборудования, что увеличило дальность пробега от одной зарядки.

Уменьшение размеров электрооборудования особенно актуально для электробусов. Компактное электрооборудование на карбиде кремния позволяет создавать электробусы, имеющие практически такую же вместимость как их дизельные аналоги с теми же внешними габаритами.

SiC для цифровой энергетики

Современные транзисторы на карбиде кремния при комнатной температуре имеют сопротивление в закрытом состоянии до 350 МОм против 15 МОм у кремниевых аналогов, а максимальное напряжение между истоком и стоком может достигать 15 кВ. Это позволяет применять такие транзисторы для коммутации в средневольтных распределительных сетях постоянного тока. Именно такие сети будут характерны для «зеленой» энергетики будущего, как ожидается, они образуют так называемый «энергетический Интернет». В подобной распределительной сети обмен электроэнергии будет осуществляться так же свободно, как сейчас мы обмениваемся информацией через интернет. Этот проект продвигается на государственном уровне в Китае. Высокая скорость коммутации, характерная для SiC, позволит оперативно перераспределять потоки энергии от множества небольших генераторов.

Пример транзистора на карбиде кремния, способного выдерживать напряжение до 1200 В, но при этом выполненного в компактном корпусе

Более «приземленный» проект — создание инвертора, позволяющего напрямую преобразовывать постоянный ток от солнечной электростанции в переменный ток с напряжением 10 кВ. В результате появляется возможность подключения электростанции к распределительной сети без использования громоздких трансформаторов.

Уже сейчас SiC-транзисторы применяются в системах управления вращением ветряков. Благодаря таким системам генераторы ветряков можно подключать к сети переменного тока напрямую, минуя преобразования переменного тока в постоянный и обратно. Выбор в пользу карбида кремния был сделан из-за исключительной надежности приборов на его основе.

Выводы

Перспективность технологии SiC наиболее ярко демонстрирует пример компании Cree. Некогда она была ведущим мировым производителем светодиодов, но в 2020 г. продала светодиодное подразделение, а вырученные в результате этого средства вложила в расширение выпуска электроники на основе карбида кремния под брендом Wolfspeed. И это при том, что еще в 2000-х годах Cree была первопроходцем в производстве силовых приборов на нитриде галлия — другом полупроводнике с широкой запрещенной зоной.

Тем не менее повсеместное распространение МОП-транзисторов на карбиде кремния, по мнению автора статьи, будет зависеть от решения задачи упрощения управления. На момент написания статьи никакие компании, кроме UnitedSiC, не представили моделей SiC-транзисторов, запирающихся нулевым, а не отрицательным напряжением. Тем не менее в любом случае у SiC есть применения, где большая выгода от их использования позволяет мириться с более сложной системой управления.

Источник: Алексей Дубневский, журнал «Электротехнический рынок» № 4-5, 2021 год

Поздравляем сотрудников ИОФ РАН — победителей конкурса 2021 года на получение грантов РНФ


Поздравляем  сотрудников ИОФ РАН — победителей конкурса 2021 года на получение грантов Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

21-12-00299. Павлова Т.В. Оборванные связи кремния на галогенированной поверхности Si(100) в качестве одноатомных квантовых точек

Продолжающаяся миниатюризация электронных устройств требует уменьшения размеров их активной области. Электрические, магнитные и оптические свойства квантовых точек открывают привлекательную возможность как для разработки новых электронных устройств, так и для фундаментальных исследований физики конденсированных сред. Данный проект направлен на решение проблемы уменьшения размеров квантовых точек за счет развития твердотельных квантовых структур размером с атом. Актуальность решения проблемы определяется необходимостью создания более компактных, более производительных и энергоэффективных электронных устройств. Оборванные связи кремния (DBs, dangling bonds) представляют собой квантовые точки, поскольку имеют три различных зарядовых состояния (положительное, нейтральное и отрицательное) в зависимости от заполнения уровней электронами (ноль, один или два электрона, соответственно). Энергетические уровни DB лежат в запрещенной зоне кремния и практически изолированы от объемных состояний. Оборванные связи на атомах Si приближаются к предельно малому размеру квантовой точки, следовательно, имеют преимущества перед квантовыми точками обычного размера. Во-первых, все DB идентичны, и неоднородности обусловлены только локальным окружением, которое в принципе можно эффективно минимизировать. Во-вторых, расстояние между энергетическими уровнями у них больше, что снижает требования к рабочей температуре. Оборванные связи кремния изучаются в контексте приложений наноэлектроники [Nat. Electron. 1, 636 (2018)], в качестве сенсора для исследования неизвестных заряженных дефектов вблизи поверхности [ACS Nano 13,10566 (2019)]. Более того, зарядовые и спиновые состояния DB рассматриваются в качестве кубитов для квантовых вычислений [New J. Phys. 12, 083018 (2010)]. DB также используются для внедрения фосфора в кремний с почти атомной точностью, для создания кубитов на электронных спинах примеси [Nature 571, 371 (2019)]. В мире в основном проводятся исследования оборванных связей Si в вакансиях H на поверхности Si(100)-2×1-H. Разработаны методы создания вакансий Н с атомной точностью в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ) [Nanotechnology, 28, 075302 (2017)], залечивания ошибочно созданных вакансий [Nat. Comm. 9, 2778 (2018)], измерения и изменения зарядовых состояний DB в СТМ [Phys. Rev. B 88, 241406(R) (2013)] и nc-AFM [Phys. Rev. Lett. 121, 166801 (2018)]. Целью проекта является развитие направления одноатомных квантовых точек, для чего предлагается изучить новый вид – оборванные связи Si на галогенированной поверхности кремния. Для достижения поставленной цели в проекте предлагается решить следующие задачи: 1) Создание одноатомных квантовых точек из оборванных связей кремния методом СТМ-литографии по резисту из хемосорбированного монослоя галогенов на поверхности Si(100)-2×1. 2) Изучение зарядовых состояний оборванных связей кремния и манипулирования ими. 3) Реализация туннелирования между парой одноатомных квантовых точек для последующего моделирования молекулярных структур («искусственных молекул») из систем взаимодействующих точек. 4) Исследование взаимодействия газов с легирующей примесью (на примере PX3, где X=Br, Cl, I) с нейтральными и заряженными оборванными связями кремния на галогенированной поверхности Si(100)-2×1 с целью создания одноатомных квантовых точек другого типа – из примесных атомов, которые можно эффективно изолировать от внешних воздействий, закрыв слоем эпитаксиального кремния. Научная новизна настоящего проекта определяется созданием одноатомных квантовых точек на галогенированной поверхности Si(100)-2×1. Использование галогенов позволит расширить применение DB на галогенированную поверхность Si(100), используемую в технологии производства микросхем. Более того, внедрение примесей в кремний с использованием DB на Si(100)-2×1-H ограничено существованием гидридов только P и As (при комнатной температуре), но не других важных примесей, таких как Er, Al, B и др. Однако существуют галогениды указанных примесей, поэтому применение резиста из галогенов откроет возможность встраивания новых примесей в кремний. Благодаря большему радиусу атомов галогенов по сравнению с H, электронная плотность DB на галогенированной поверхности Si(100)-2×1 будет меньше «выступать» над поверхностью и можно в деталях изучить зарядовые состояния DB в СТМ. Таким образом, одноатомные квантовые точки в виде DB на галогенированной поверхности Si(100)-2×1 являются интересными объектами для изучения физических явлений и перспективны для создания на поверхности кремния электронных схем атомного масштаба.


21-12-00403. Ральченко В.Г. Алмазные фотонные кристаллы: плазмохимический синтез, структура, оптические свойства

Проект нацелен на исследование и разработку метода синтеза фотонных кристаллов с высоким диэлектрическим контрастом на основе упорядоченных 3-х мерных алмазных опалоподобных структур (АОС), и исследование их оптических свойств. Фотонные кристаллы (ФК) — среды, у которых диэлектрическая проницаемость периодически меняется в пространстве с периодом, допускающим брэгговскую дифракцию света, являются важным элементом устройства для управления потоками света, в том числе для квантовых оптических технологий. ФК, синтетические структуры, которые могут быть сконструированы из различных веществ, но особо ценными являются материалы с высоким показателем преломления и широким окном прозрачности, к каковым относится и алмаз. В проекте планируется впервые создать ФК из монокристального алмаза методом осаждения из газовой фазы. Развиваемый подход основан на проращивании эпитаксиальным алмазом пористых опаловых темплатов из упорядоченных сфер SiO2, диаметром 250-1200 нм, наносимых на монокристальную подложку алмаза. Алмазные опаловые структуры (АОС) будут обладать повышенной оптической прозрачностью, прочностью и теплопроводностью благодаря монокристаллической природе алмаза, в отличие от реализованных ранее способов создания нанокристаллических (принципиально дефектных) алмазных ФК. Будут проведены исследования структуры композитов алмаз-опал и инвертированных алмазных опалов с помощью электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции, рентгеновской дифракции, и другими методами. Систематические измерения и анализ спектров оптического пропускания и отражения от АОС будут сопоставлены с результатами численного моделирования оптических свойств методом матрицы рассеяния. Одним из аспектов работы будет создание центров окраски (примесных дефектов в алмазе, оптически активных в видимой области спектра), в составе ФК. Центры окраски кремний-вакансия SiV (длина волны 738 нм), азот-вакансия NV (575 и 637 нм) и германий-вакансия GeV (602 нм), будут сформированы в объеме ФК в процессе синтеза алмаза путем легирования соответствующим элементом. Эти центры окраски рассматриваются в качестве вариантов однофотонных эмиттеров для квантовых информационных технологий. Будут рассмотрены особенности фотолюминесценции дефектов образцах алмазных ФК. Будет впервые исследована лазерная стойкость АОС и оценены перспективы применимости алмазных ФК в оптике высоких интенсивностей.


21-12-00407. Никитин П.И. Опто-магнитные методы для ультрачувствительной нанобиосенсорики

Проект посвящен созданию новых магнитных и композитных (с магнитным ядром) оптических наноструктур и наночастиц, функционализированных биораспознающими рецепторами, а также развитию высокочувствительных магнитных методов регистрации таких наноагентов в непрозрачных средах за счет нелинейного перемагничивания и повышения контраста магниторезонансной томографии для решения проблем нанобиосенсорики. На основе указанных магнитных методов детекции и томографии, а также полученных наноструктур будут разработаны новые методы измерения ультранизких концентраций целого ряда аналитов в непрозрачных средах сложного состава, в том числе в качестве важного шага на пути к решению проблем диагностики и целевой доставки лекарственных средств. В настоящее время разработка новых магнитных наноструктур для биомедицинских применений является актуальной задачей. По мере получения новых научных результатов привлекательность магнитных наночастиц по сравнению с агентами из других неорганических материалов в этой области только неуклонно возрастает. Это связано с целым рядом обстоятельств. Так, уже детально продемонстрирована низкая токсичность малых доз наночастиц оксидов железа, что снимает многие вопросы и опасения в отношении этих нанотехнологических объектов. Целый ряд препаратов на основе оксидов железа уже допущен для внутривенных инъекций человеку, например для увеличения контраста магниторезонансной томографии опухолей, при анемии и т. д. Кроме того, в отличие от остальных частиц магнитные нанообъекты обладают уникальными возможностями манипулирования с помощью внешнего магнитного поля, а также индукционного нагрева даже в глубоких тканях и органах внутри живого организма. Другим преимуществом магнитных наноструктур по сравнению с традиционными оптическими метками биохимических реакций является возможность их неинвазивной регистрации в различных непрозрачных средах, а также на большой глубине в живом организме, в том числе в глубине тела человека. В рамках проекта планируется разработка нового типа «умных» нанобиосенсоров, способных детектировать ультранизкие концентрации нуклеиновых кислот (без этапов усиления сигнала и амплификации реакций), низкомолекулярных соединений и других аналитов, что актуально для исследования новых возможностей задач ранней диагностики заболеваний и направленной доставки лекарственных препаратов. Решение этой задачи может значительно изменить существующий статус терапии и диагностики заболеваний, а также существенно расширить возможности в решении практических биомедицинских задач, имеющих высокую социальную значимость. 


21-17-00114. Веселовский И.А. Исследование атмосферного аэрозоля и облаков лидарными методами спектроскопии комбинационного рассеяния и лазерно — индуцированной флуоресценции

Предлагаемый проект направлен на разработку технологий лидарного мониторинга параметров аэрозоля и облаков на основе методов спектроскопии комбинационного и флуоресцентного рассеяния в комбинации с многоволновыми лидарными измерениями. Современные многоволновые лидары способны профилировать коэффициенты экстинкции и обратного рассеяния аэрозоля на нескольких длинах волн. Соответствующие измерения инвертируются в микрофизические свойства аэрозоля, такие как объем, эффективный радиус и комплексный показатель преломления. Возможности этих лидаров по идентификации типов аэрозоля могут быть существенно расширены за счет использования лазерно — индуцированной флуоресценции частиц. Многочисленные типы атмосферных аэрозолей, такие как биологические частицы, дым, сульфаты и, даже, пыль, флуоресцируют под действием УФ излучения. Спектр флуоресценции меняется в зависимости от типа аэрозоля, что делает возможным его идентификацию. Более того, поскольку чистая вода не флуоресцирует, измерение флуоресценции облаков позволяет получать информацию об аэрозольных частицах в облачном слое. В процессе реализации данного проекта будет создан флуоресцентный лидар, использующий лазерное излучение с длиной волны 354.7 нм и содержащий пять измерительных каналов для проведения флуоресцентных измерений в спектральном диапазоне 410 – 700 нм. Выделение участков спектра флуоресценции производится с использованием дихроичных зеркал и широкополосных интерференционных фильтров. Чувствительность каналов будет калиброваться с использованием вольфрамовой лампы, а коэффициент обратного флуоресцентного рассеяния вычисляться из отношения сигналов флуоресцентного рассеяния и комбинационного рассеяния азота. Флуоресцентные измерения будут проводится одновременно с измерениями многоволнового лидара ЦФП ИОФ РАН, измеряющего три коэффициента обратного рассеяния (355, 532, 1064 нм), два коэффициента экстинкции (355, 532 нм) и три коэффициента деполяризации аэрозоля. В процессе реализации проекта будут определены сечения флуоресценции для различных типов аэрозолей и разработан алгоритм определению вертикального распределения основных компонент аэрозольной смеси на основе совместного использования многоволновых и флуоресцентных лидарных измерений. Флуоресцентный лидар будет также использован для определения содержания аэрозоля внутри облаков. Исследование модификации характеристик облаков под воздействием аэрозоля требует создания технологий, позволяющих определять содержание воды в облаке и размер капель. Одним из способов определения содержания жидкой воды является измерение ее спектра комбинационного рассеяния (КР), наиболее интенсивные области которого находятся в частотном диапазоне 2800 см-1 –3900 см-1. Сечения КР и упругого рассеяния имеют различную зависимость от размера частицы, поэтому одновременное измерение упругого рассеяния и КР воды позволяет измерять также и средний размер капель в облаке. При попытках создания соответствующих лидарных систем использовалось, главным образом, излучение на длине волны 354.7 нм. Однако, флуоресценция аэрозоля в спектральном диапазоне, соответствующем КР жидкой воды, является значительной и не позволяет проводить количественные измерения. В предлагаемом проекте для минимизации вклада флуоресценции при исследовании КР жидкой воды в облаках и аэрозолях будет, использовано излучение с длиной волны 532 нм. Прогресс в разработке современных интерференционных фильтров и детекторов позволяет обеспечить надежную регистрацию сигнала КР для этой длины волны. 


21-19-00528. Бубнов М.М. Новые конструкции волоконных световодов для решения практически значимых задач

Создание первого волоконного лазера относится к началу 60-х годов прошлого века. При этом структура, использованная в качестве активной среды, лишь крайне отдаленно напоминает конструкцию световода в современном его понимании, а схема лазера, содержащая единственный волноведущий компонент, только условно может быть названа «волоконной». С тех пор, развитие как самих активных волоконных световодов, так и элементной базы, в значительной степени определило нынешнюю популярность волоконных лазеров и их широчайшее применение в самых различных областях. Так создание сначала одномодовых полупроводниковых диодов накачки, а затем многомодовых диодов с высокой яркостью, определяло прогресс в масштабировании выходной мощности волоконных лазеров и усилителей. Создание элементной базы на основе волоконных световодов, например, внутриволоконных брэгговских решеток, объединителей накачки и сигнала, изоляторов и прочего сделало возможной реализацию полностью волоконных лазерных схем, что обеспечило одно из главных преимуществ волоконных лазеров и усилителей – отсутствие необходимости юстировки и, как следствие, беспрецедентную надежность. В свою очередь реализация новых конструкций волоконных лазеров (различные схемы лазеров с синхронизацией мод, с модуляцией добротности, лазерные схемы типа задающий генератор/усилитель мощности и т.п.) открыло дорогу для появления огромного количества импульсных волоконных источников, в том числе достаточно мощных для того, чтобы применяться в сфере обработки материалов. Не меньшую роль в развитии волоконных лазеров сыграла разработка световодов с двойной отражающей оболочкой, а также световодов, активированных различными элементами. Так переход от одномодовых источников накачки к световодам с двойной отражающей оболочкой (и, соответственно, схемам с накачкой по оболочке) позволил значительно увеличить выходную мощность волоконных лазерных систем. В свою очередь использование световодов, легированных ионами различных редкоземельных элементов, и даже переходными металлами (висмутом), сделало возможным расширение спектрального диапазона генерации волоконных лазеров. Тем не менее, примечательно, что наиболее распространенной волноведущей (для излучения сигнала) конструкцией используемых на практике волоконных световодов является простейший случай световода со ступенчатым профиля показателя преломления. В связи с этим можно заключить, что дальнейший прогресс в области волоконных лазеров и усилителей, по всей видимости, может быть связан с развитием и модификацией конструкций волоконных световодов. Так увеличение пиковой и средней мощности возможно лишь за счет разработки и применения конструкций световодов, обеспечивающих одновременно одномодовый режим распространения и высокий порог нелинейных эффектов; получение генерации на новых длинах волн, либо достижение улучшенной эффективности преобразования излучения накачки в сигнал, зачастую связано с необходимостью создания световодов, обеспечивающих увеличенный уровень потерь в спектральной области нежелательной генерации активной среды; оптимизация состава сердцевины световода, и его геометрических размеров так же позволяет существенно улучшить эффективность преобразования излучения накачки в сигнал в имеющихся конструкциях волоконных лазеров. Настоящий проект посвящен разработке и исследованию новых конструкций волоконных световодов и их практическому применению. Необходимо отметить, что сегодня создание новых типов волоконных световодов возможно лишь при теснейшем взаимодействии физики, химии и технологии – не все спроектированные конструкции световодов могут быть реализованы, и часто именно развитие и отработка нового технологического решения позволяет реализовать необходимые конструкции световодов. Более того активные свойства световодов в значительной степени определяются именно составом стекла и лишь решение сложных химических задач по одновременному введению в сетку стекла необходимых элементов позволяет добиться создания световодов с требуемыми свойствами. Так же конструкция световода, будучи идеальной “на бумаге”, в реальном эксперименте может проявить свойства, исключающие ее пригодность для практического использования, что в свою очередь требует обязательного тестирования создаваемых световодов в реальных условиях. В целом проектирование новых конструкций волоконных световодов является важным и не простым направлением волоконной оптики, которое позволит существенно расширить области применения устройств на основе волоконных световодов. К сожалению, к настоящему моменту существует лишь поверхностное понимание процессов, которые могут быть инициированы при создании более сложных структур. Проблема заключается еще и в том, что ограниченное число исследовательских групп в мире может позволить себе разработку и реализацию новых волоконных структур, а так же обладает необходимым аппаратом для их моделирования и оборудованием для их исследования. Именно поэтому большинство работ проводится посредством применения коммерчески доступных волоконных световодов. В связи с этим крайне важным направлением исследований является разработка новых волоконных структур, изучение физики процессов, происходящих в них, исследование технологических аспектов реализации структуры, разработка новых методов волоконной оптики для реализации структур с заданными свойствами. В этом состоит актуальность настоящей работы. Научная новизна проекта, посвященного разработке новых типов волоконных световодов для решения практически значимых задач, состоит в то, что впервые будет проведено детальное экспериментально-теоретическое исследование влияния конструктивных особенностей световода на его волноводные свойства. Так помимо прочего в рамках проекта планируется исследовать новые подходы к подавлению нежелательных мод, внесению спектрально-селективных потерь, обеспечению эффективной генерации на новых длинах волн и т.п. Понимание физики процессов, происходящих при модификации волоконной структуры, откроет новые горизонты для проведения дальнейших исследований и позволит увеличить диапазон применений методов волоконной оптики. Сравнение уже известных структур и разрабатываемых новых конструкций световодов позволит найти оптимальное (с практической и экономической точек зрения) решение для задач, выполнение которых невозможно при использовании стандартных волоконных световодов. 

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями в полупроводниках в условиях сильной компенсации

Библиографическое описание:

Садуллаев, А. Б. Состояние примесных атомов с глубокими уровнями в полупроводниках в условиях сильной компенсации / А. Б. Садуллаев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2011. — № 12 (35). — Т. 1. — С. 48-50. — URL: https://moluch.ru/archive/35/3956/ (дата обращения: 20.11.2021).

В условиях сильной компенсации, в полупроводниках, концентрация равновесных носителей тока становится в сотни тысячи или миллионы раз меньше, чем концентрация ионизованных примесных атомов в решетке, что имеет место при Т=300 К, а с понижением температуры эта разница еще более увеличивается. В этом случае не только нарушаются локальные электронейтральности в решетке и потенциал окружающего примесного атома, но и существенно меняется дефектная структура самой кристаллической решетки. С другой стороны в условиях сильной компенсации система находится в крайне неравновесном состоянии. Воздействие малейших внешних факторов (температуры, давления, освещенности, электрического и магнитного поля) меняет не только электронную структуру дефектов кристаллический решетки, но и существенно изменяет условия взаимодействия дефектов и носителей тока. Поэтому примесные атомы с глубокими уровнями в этих условиях не имеют фиксированных состояний в решетке, как это обычно имеет место в некомпенсированном полупроводнике, а вынуждены постоянно перестраиваться с изменением внешних воздействий. Это означает, что каждому квазиравновесному состоянию решетки соответствуют только определенные состояния примесных атомов (положение их в решетке, энергетические уровни). Поэтому в зависимости от степени компенсации материала и условий эксперимента, примесные атомы с глубокими энергетическими уровнями в кремнии могут внести в запрещенную зону материала различные энергетические уровни с соответствующим состоянием в кристаллической решетке.

Анализ опубликованных экспериментальных данных авторов [1÷6] по исследованиям примесных атомов, создающих глубокие энергетические уровни позволяет выяснит некоторые интересные факты в пользу выше изложенного предположения. Практически для всех элементов таблицы Менделеева, создающих глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне кремния был обнаружен целый ряд энергетических уровней неизвестной природой с различной энергией ионизации (таблица-1).

Таблица 1

Элементы

ЕV i

EC — Et

Литература

Sc

0.35; 0.45

0.35; 0.45

0.25

0.27; 0.35; 0.5; 0.55.

1

Mn

0.53;

0.21; 0.24; 0.3; 0.39; 0.53

2

3

Ni

0.23; 0.2

0.18; 0.22;0.4.

0.35

0.41

3

Pd

0.34

0.18; 0.22; 0.32; 0.69

5

Pt

0.34; 0.41; 0.29; 0.62; 0.3; 0.34; 0.25; 0.37.

0.31; 0.36;

0.3; 0.2; 0.25; 0.28

5

Существование этих уровней нельзя объяснить электронной структурой примесных атомов в кристаллической решетке. Большинство авторов утверждают, что примесные атомы образуют не фиксированные энергетические уровни в запрещенной зоне, а создают энергетические полосы с определенной шириной (таблица-2).

Таблица 2

Элементы

ЕV i

EC — Et

Литература

Ni

0.2÷ 0.5

3

Mn

0.4÷0.53;

0.24÷0.3.

4

Zn

0.4÷0.55

6

Pd

0.2÷0.7

5

Ir

0.17÷0.5

5

Er

0.6÷0.48

5

Данные о концентрации электроактивной части примесных атомов с глубокими уровнями полученные различными авторами, существенно отличаются друг от друга и очень противоречивы.

Нами получены некоторые новые экспериментальные результаты, связанные с поведением примесных атомов марганца в кремнии в условиях сильной компенсации. Для исследования в качестве исходного материала был использован монокристаллический кремний р-типа с удельным сопротивлением ;=1; 4,5; 10; 100; 220 Ом·cм и n-типа с удельным сопротивлением ;= 2;10; 25; 70; 200 Ом·cм. Концентрация кислорода в данном материале практически была одинакова и составила No2=(5÷7)·1017см-3. Из каждого исходного материала было изготовлено по 10 образцов с одинаковыми геометрическими размерами. Диффузия марганца проводилась из газовой фазы, при этом в каждую ампулу было помешено по два образца каждого исходного материала, для обеспечения одинаковых условий легирования и скорости охлаждения. Эксперимент повторялся 5 раз. При этом каждый раз при тех же условиях проводили отжиг исходных образцов без марганца, чтобы оценить влияние термоотжига на свойства материала.

Измерение электрофизических параметров образцов после диффузии марганца показало, что независимо от одинаковых условий (температура, время диффузии, давления паров диффузантов, скорости охлаждения) легирования, концентрация электроактивных атомов марганца существенно зависит от концентрации исходного бора в кремнии. Полная концентрация электроактивных атомов марганца определялась решением уравнения электронейтральности на основе экспериментальных результатов с учетом степени заполнения обоих энергетических уровней марганца (Е1с-0.24 эВ, Е2с-0.5 эВ) в запрещенной зоне кремния [8].

На рис.1 представлены зависимости концентрации электроактивных атомов марганца от концентрации исходного бора (кривая-2) и значения растворимости марганца при данной температуре диффузии (кривая-1). Как видно из рисунка, концентрация электроактивных атомов марганца в образцах р-типа с удельным сопротивлением ;=1 Ом·cм почти на 2 порядка больше, чем в образцах р-типа с удельным сопротивлением ;=220 Ом·cм, несмотря на легирование этих образцов в одной ампуле при абсолютно одинаковых условиях. Если концентрация электроактивных атомов марганца в образцах с ; =1 Ом·cм достигает NMn=1.2·1016 см-3 и очень близко к значению растворимости марганца при данной температуре (NMn=2·1016-3) [9], а в образцах р-типа с ;=220 Ом·cм она не превышает (3÷3.5)·1014 см-3.

Установлено, что концентрация электроактивных атомов марганца возрастает с увеличением концентрации бора, а при концентрации бора NВ ; 2·1016 см-3, практически все растворимые атомы становятся электроактивными. Показано, что концентрация электроактивных атомов марганца в n-кремнии не зависит от концентрации фосфора и при исследуемых температурах диффузии составляет NMn=(2÷2.5)·1014 см-3, а это почти на 2 порядка меньше чем в р-кремнии (рис.1, кривая-3). Таким образом, концентрация электроактивных атомов марганца (и элементов группы железа) в кремнии зависит от типа и концентрации исходных примесей. Поэтому существующие литературные данные об электроактивности элементов переходных групп в кремнии является лишь частичным решением этого вопроса. Температурный ход концентрации электроактивных атомов не соответствует температурному ходу растворимости данного элемента в кремнии. Исследователи, не обращая внимания на степень компенсации исследуемого материала, условия эксперимента и параметры исходного материала, получили разные значения энергетических уровней, концентрации центров и каждый раз утверждали, что они обнаружили и новые энергетические уровни разные значения концентрации электроактивных атомов. В условиях сильной компенсации (вообще в компенсированном материале) состояние примесных атомов и соответствующие им энергетические уровни не являются фиксированными и могут иметь различные значения. В связи, с чем можно обсуждать возможность создания теории глубоких уровней в полупроводниках, которая до сих пор не существует в нормальном виде. Для этого необходимы более тщательные экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия примесных атомов с дефектами кристаллической решетки полупроводника в условиях сильной компенсации и явлениями переноса в этих материалах и вообще физики сильно компенсированных полупроводников.

Рис.1. Зависимость концентрации электроактивных атомов марганца от концентрации исходного бора и фосфора.

Литература:
  1. Азимов Г.К. Диффузия, растворимость и состояние примесей скандия и ванадия в кристаллической решетке кремния. Автореф. дисс. к.ф.-м.н. Ташкент 1992 г.
  2. Омельяновский Э.М., Фистуль В.И. Примеси переходных металлов в полупроводниках. Металлургия. М 1983 г., с.130.
  3. Далиев Х.С., Лебедев А.А., Султанов Н.А. Параметры глубоких уровней в Si<V>. ФТП, 1985, в.2, с.338-339.
  4. Юнусов М.С. Физические явления в кремнии, легированном элементами платиновой группы. ФАН, 1983.
  5. Hall R.N., Rasette J.H.. Appl phys. 1984, v.45,p.379-396.


Основные термины (генерируются автоматически): атом марганца, сильная компенсация, атом, исходный материал, концентрация, удельное сопротивление, уровень, исходный бор, образец р-типа, кристаллическая решетка.

Персона

Краткая биография

Образование

1964, Московский институт тонкой химической технологии

1969, кандидат химических наук, Институт общей и неорганической химии АН СССР

Занимаемые должности

1967-1971 – младший научный сотрудник кафедры общей химии МИЭТа

1971-1973 – ассистент кафедры спецматериалов микроэлектроники МИЭТа

1973-1999 – доцент кафедры спецматериалов микроэлектроники МИЭТа

2000-2011 – доцент кафедры материалов и процессов твердотельной электроники МИЭТа

С 2014 – доцент кафедры материалов функциональной электроники МИЭТа

Научная деятельность

Область научных интересов

Физика, химия и технология полупроводниковых расплавов и кристаллов

Научная работа

В соавторстве с Е.Б. Соколовым и В.М. Глазовым обнаружен эффект структурно-химического превращения в жидкой фазе систем с перитектическими превращениями, что позволило управлять свойствами расплавов и выращиваемых из них монокристаллов.

В.К. Прокофьева ведёт на кафедре научное направление в качестве руководителя и ответственного исполнителя. За время работы выполнено более 30 хоздоговорных, госбюджетных тем, грантов и программ, посвященных проблемам легирования с целью улучшения качества монокристаллов элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений. В том числе с 2000 г. выполняется работа по программе Министерства образования и науки РФ «Научные исследования высшей школы в области новых материалов». Для выполнения научной работы привлекаются аспиранты и студенты. Подготовлено более 80 дипломников и 5 аспирантов.

С использованием легирования специальными электронейтральными примесями удалось получить полуизолирующие и изолирующие монокристаллы соединений AIIIBV и совершенные по структуре монокристаллы кремния с заданными свойствами и дозированным содержанием легирующих примесей и кислорода для интегральных схем, силовой электроники и полупроводниковой энергетики.

Научные, практические результаты и разработанные на их основе технологии нашли применение и внедрены в отечественное производство, что подтверждено более чем 20 актами внедрения на предприятиях электронной и электротехнической промышленности.

Публикации (в количестве 180 шт.)

2 учебника, 5 методических пособий

более 50 статей в реферируемых журналах

более 30 докладов на международных конференциях

17 изобретений

Основные публикации в реферируемых журналах
  1. Соколов Е.Б., Глазов В.М., Прокофьева В.К. О структурно-химических превращениях в расплавах систем перитектического типа. Известия АН СССР. Неорган. материалы, 1970, т. VI, вып. 3, с. 580-581.
  2. Осипов А.Ф., Прокофьева В.К., Соколов Е.Б. и др. Исследование фазовых равновесий в системе германий-стронций. Известия АН СССР. Неорган. материалы, 1972, т. VI, вып. 4, с. 665-669.
  3. Карамов А.Г., Соколов Е.Б., Прокофьева В.К. и др. Макросегрегация переходных металлов группы железа в арсениде и фосфиде галлия. Сб. трудов IV Всесоюзной конференции по физико-химическим основам легированных полупроводниковых материалов. Издательство «Наука», М., 1979, с. 254-257.
  4. Салманов А.Р., Батавин В.В., Прокофьева В.К., Соколов Е.Б. и др. Влияние магния на свойства кремния, содержащего кислород. Известия АН СССР. Неорган. материалы, 1981, т. 17, вып. 7, с. 1141-1145.
  5. Соколов Е.Б., Рыгалин Б.Н., Прокофьева В.К. Электронная промышленность, 1981, вып. 7-8, с. 78-82.
  6. Белокурова И.Н., Земсков В.С., Дегтярев В.Ф., Прокофьева В.К., Скуднова Е.В. Взаимодействие меди с кислородом при термообработке германия. Сб. трудов Института металлургии им. А.А. Байкова АН СССР «Легирование полупроводников» Издательство «Наука», 1982, с. 19-22.
  7. Афанасьев С.П., Прокофьева В.К., Соколов Е.Б. Монокристаллы полуизолирующего арсенида галлия. Электронная промышленность, 1981, вып. 7-8, с. 82-84.
  8. Салманов А.Р., Рыгалин Б.Н., Прокофьева В.К., Соколов Е.Б. Свойства высокоомного кремния, полученного зонной плавкой с третьим компонентом. Электронная техника. Серия 6. Материалы, 1982, вып. 7 (168), с. 21-25.
  9. Глазов В.М., Соколов Е.Б., Прокофьева В.К., Холмакова Т.И. Исследование структурно-химических превращений в расплавах системы GeBa ульраакустическим методом. АН СССР, ЖФХ, 1983, т. LVII, вып. 9, с. 2163-2167.
  10. Салманов А.Р., Рыгалин Б.Н., Батавин В.В., Прокофьева В.К. Эффект подавления кислородных термодоноров в кремнии диффузией магния. Известия АН СССР. Неорган. материалы, 1983, т. 19, вып. 10, с. 1605-1608.
  11. Глазов В.М., Соколов Е.Б., Прокофьева В.К., Холмакова Т.И. Анализ характера межмолекулярного взаимодействия и оценка термодинамических свойств промежуточных фаз в системе GeBa. Электронная техника. Серия 6. Материалы, 1984, вып. 10, с. 45-47.
  12. Скуднова Е.В., Прокофьева В.К., Дегтярев В.Ф. Взаимодействие меди с кислородом при электронном облучении германия. Сб. Легированные полупроводниковые материалы, 1985, М., Наука, с. 154-157.
  13. Гиоргадзе А.Л., Айвазов А.А., Прокофьева В.К., Салманов А.Р. и др. Энергетические уровни в кремнии, легированном титаном в процессе бестигельной зонной плавки. Известия АН СССР. Неорган. материалы, 1988, т. 24, вып. 1, с. 5-8.
  14. Прокофьева В.К., Соколов Е.Б., Суанов М.Е., Карамов А.Г. Влияние примесей Ti, Zr, Hf на процесс очистки кремния от кислорода. Сб. Высокочистые вещества, 1988, М., Наука, с. 72-74.
  15. Салманов А.Р., Мокеров А.Г., Прокофьева В.К. и др. Влияние примесей Ti, Zr, Hf на состояние кислорода в кремнии. Известия АН СССР. Неорган. материалы, 1989, т. 25, вып. 10, с. 1597-1600.
  16. Никифорова-Денисова С.Н., Прокофьева В.К., Макеев М.Х., Сергеева Ж.М. Снижение дефектности кремния с помощью формирования внутреннего геттера. Электронная промышленность, 1991, № 5, с. 16-18.
  17. Прокофьева В.К., Сергеева Ж.М., Бондарец Н.В., Соколов Е.Б., Короткевич А.В. Легирование цирконием улучшает структуру монокристаллов кремния. Электронная промышленность, 1993, № 8, с. 45-48.
  18. Соколов Е.Б., Прокофьева В.К., Белянина Е.В. Кремний, полученный с использованием геттерирования расплава. Электронная промышленность, 1995, № 4-5, с. 65-66.
  19. Прокофьева В.К., Соколов Е.Б., Белянина Е.В. Электронейтальные примеси в элементарных полупроводниках. Известия вузов. Цветная металлургия, 1996, № 6, с. 69-74.
  20. Прокофьева В.К., Соколов Е.Б., Белянина Е.В., Гиоргадзе А.Л. Влияние титана на концентрацию активного кислорода, генерацию термодоноров и термостабильность кремния. Известия вузов. Электроника, 1997, № 1, с. 63-67.
  21. Goncharov V. A., Prokofieva V.K. Numerical simulation of microsegregation during the growth of GaAs monocristals in microgravity. Microgravity and Space Station Utilization, 2000, vol.1, Nr. 4, p. 35-41.
  22. Прокофьева В.К., Рыгалин Б.Н., Соколов Е.Б. Геттерирующие примеси в монокристаллах кремния для СБИС. Известия вузов. Электроника, 2000, № 4-5, с. 71-74.
  23. Светухин В.В., Прокофьева В.К., Пчелинцева Т.С., Рыгалин Б.Н. и др. Исследование взаимодействия циркония с кислородом в кремнии. Письма в Журнал технической физики, 2001, т. 27, вып. 20, с. 20-24.
  24. Рыгалин Б.Н., Прокофьева В.К., Лысенко Л.Н. Улучшение качества кремния. Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России, 2001, №2, с.29-33.
  25. Светухин В.В., Прокофьева В.К., Гришин А.Г., Ильина Т.С., Рыгалин Б.Н. Исследование кинетики преципитации кислорода в кремнии, легированном цирконием. Письма в Журнал технической физики, 2002, т. 28, вып. 22, с. 78-81.
  26. Соколов Е.Б., Рыгалин Б.Н., Прокофьева В.К., Лысенко Л.Н. Влияние легирования цирконием и гафнием на структуру монокристаллов кремния. Труды IX международной конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», г. Таганрог, июнь 2004 г., с. 255-258.
  27. Соколов Е.Б., Рыгалин Б.Н., Смирнов В.В., Прокофьева В.К., Найда Г.А. Кремний и широкозонные нитриды – основа полупроводниковой энергетики. Изв. вузов. Электроника. 2005, № 4-5, 6с. (с.52-57)
  28. Прокофьева В.К., Епимахов И.Д., Рыгалин Б.Н., Соколов Е.Б. Особенности образования структурных дефектов в кремнии с использованием «третьего» компонента. Сб. тр-дов 6й междунар. конф. «Рост монокристаллов и тепломассоперенос», г. Обнинск, 25-30.09 сентября 2005 г., с.506-512.
  29. Соколов Е.Б., Рыгалин Б.Н., Смирнов В.В., Прокофьева В.К., Найда Г.А. Улучшение параметров кремния и гетерогенных структур широкозонных нитридов в микроэлектронной технологии полупроводниковой энергетики. Сб.трудов 10-й Международной научной конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», г. Таганрог, 2006 г., с. 207-210.
  30. Rigalin B.N., Prokofyeva V.K., Pavlova L.M., Sokolov Ye.B. The Experimental Research and Thermodynamic Analysis of Group II and IV Metal Solubility of the Periodic System in Solid-State Silicon. J. Calphad (в печати).

Диаграмма энергетических зон кремния — Справочник химика 21


    На рис. 26.3 представлена диаграмма энергетических зон идеальной структуры МДП в отсутствие разности потенциалов. Допустим, что полупроводником является кремний с акцепторной примесью, т.е. кремний / -типа. Обозначим энергетический барьер переноса электронов через диэлектрик символом фв- Как показано на рисунке, в состоянии равновесия уровни Ферми металла и кремния совпадают, а потенциал и распределение заряда везде постоянны. Если же к металлу приложить напряжение, а кремний заземлить, то система выйдет из равновесного состояния и уровни Ферми металла и кремния разделятся, причем разность между ними будет пропорциональна приложенному напряжению. Система становится, таким образом, своеобразным заряженным конденсатором, заряженными пластинами которого являются металл и полупроводник. [c.387]

    Если к металлу приложен отрицательный потенциал, а кремний заземлен, то создающееся электрическое поле будет притягивать положительно заряженные дырки в кремнии к границе раздела кремний-диэлектрик, а электроны металла-к границе металл-диэлектрик. На рис. 26.4, а представлена диаграмма энергетических зон такого состояния, известного под названием накопление . Символами ( + ) вблизи валентной зоны обозначены накопленные на границе раздела кремний — диэлектрик дырки. Обратите внимание на то, что, поскольку на диаграммах более высокоэнергетические электроны принято располагать выше, уровень Ферми металла оказывается выше уровня Ферми кремния, несмотря на более низкую энергию электронов металла. Здесь [c.387]

    Придать электропроводность кремнию можно, введя в его кристалл атомы другого гемента. Кремний превращается в полупроводник и-типа, если кристалл легирован томами элементов V группы периодической таблицы, например фосфора или мышья-I. У последних число валентных электронов больше, чем у атомов кремния, поэтому ж включении в решетку кристалла они отдают электроны кристаллу. Как показано 1 диаграмме энергетических зон (см. рис. 26.2, а), энергетический уровень электронов тирующего элемента Е лежит в запрещенной зоне вблизи зоны проводимости. При )мнатной температуре энергия большинства электронов донорного уровня Е доста- [c.385]

    С помощью РЭ-спектров точно устанавливаются энергии НМО внутренних электронов, следовательно, определяется порядок заселения этих орбиталей, имеющих очень важное значение при правильном построении энергетических диаграмм молекул. Кроме того, РЭ-спектроскопия, как и рентгеновская спектроскопия, дает возможность исследовать степень ионности ковалентной связи. Образование химической связи между неодинаковыми атомами приводит к асимметрии результирующего электронного облака, которая изменяет эффективные заряды атомных остовов, в результате чего происходит сдвиг энергий АО. Только в методе РЭ-спектро-скопип энергетические сдвиги внутренних АО изучаются по Ь кин, испускаемых исследуемым веществом электронов. В табл. 16 приведены сдвиги энергий АО для кремния, алюминия, углерода и фосфора в некоторых твердых соединениях этих элементов по данным РЭ-спектроскопии. Положительные сдвиги соответствуют возникновению положительного эффективного заряда на атомах элемента, а сдвиги с отрицательным знаком (в сторону уменьшения энергии) свидетельствуют возникновению отрицательного эффективного заряда. [c.185]


    Среди материалов, обладающих электрическими свойствами, обычно рассматр йвают проводники, полупроводники и диэлектрики. Различия между ними определяются характером химической связи и структурой энергетических зон, возникающих в результате взаимодействия атомов или ионов, составляющих кристаллическую решетку. Энергетическая диаграмма полупроводникового кристалла в отличие от диэлектрика характеризуется более узкой полосой запрещенных энергий. Некоторые важнейшие полупроводниковые материалы для электронной техники уже были рассмотрены (германий, кремний, арсенид галлия). В то же время существует много перспективных соединений типа А В (А —Оа, 1п В -8Ь, Аз, Р) и А В1 (А11-2п, Сс1, Hg В -5, 8е, Те). Первые из них обладают исключительно высокой подвижностью носителей заряда, а вторые позволяют в широком интервале изменять ширину запрещенной зоны. Среди диэлектриков со специальными свойствами в первую очередь следует выделить сегнето- и пьезоэлектрические материалы для квантовой электроники, включая активные среды лазеров и мазеров. Первые из них склонны к поляризации только пол влиянием внешних механических воз- [c.164]

    Распространенности следующих за гелием трех элементов — лития, бериллия н бора — энергетические условия Вселоппой не благоприятствуют. По-видимому, эти ядра ие выдерживают высоких звездных температур они или разваливаются, или вступают в термоядерные реакции с протонами. Зато, начиная с шестого элемента —углерода— и по четырнадцатый —кремний (исключая фтор), на диаграмме расиространенностн вновь возникают пики той или иной высоты. Среди них возвышаются пики кислорода II неона, делящие по космическому обилию третье и четвертое моста. [c.105]


Диаграмма — энергетические уровни — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Диаграмма — энергетические уровни

Cтраница 2

Диаграмма энергетических уровней кремния, на которой показана энергия гибридизовашшх состояний оборванных связей, лежащая несколько выше дна зоны проводимости. Реконструкция приводит к расщеплению каждого такого уровня на два уровня, лежащих далеко от запрещенной зоны, причем на уровне с энергией es находятся два электрона, а другой уровень с энергией ер является незанятым. В общем случае следует ожидать, что эти уровни будут выталкиваться из запрещенной зоны.  [16]

Диаграмма энергетических уровней атома водорода изображена на рис. 2.1. Состояния с 31, примыкающие к границе непрерывного спектра, соответствуют слабо связанному электрону, сильно удаленному от силового центра.  [17]

Диаграмма энергетических уровней молекулы формальдегида в сравнении с этиленом приведена на рис. 8.11. Из диаграммы видно, что увеличение электроотрицательности одного из атомов в сопряженной системе приводит к проседанию уровней.  [19]

Диаграмма энергетических уровней орбиталей октаэдрических молекул или ионов XY6, имеющих Зй-электроны, была уже приведена на фиг. Такого же типа молекулярные орбитали получаются и из а-компонент шести 2р — орбиталей.  [20]

Постройте диаграммы энергетических уровней и покажите, как заселены d — орбитали иона-комплексообразователя в следующих случаях: d4, октаэдрическое поле, низкоспиновый комплекс; ds, тетраэдрическое поле, высокоспиновый комплекс; d7, октаэдрическое поле, высокоспиновый комплекс.  [21]

Эта диаграмма энергетических уровней имеет несколько важных особенностей. Во-первых, заданный порядок уровней нужно независимо прилагать к нейтронам и протонам. На абсолютной шкале энергий протонные уровни располагаются все выше и выше нейтронных по мере роста Z. Это — знакомый уже эффект кулоновского отталкивания и в первом приближении он не вносит изменений в порядок уровней для каждого данного типа нуклонов. Однако имеется слабая тенденция к дополнительной стабилизации в ядрах с большим Z протонных уровней с максимальным орбитальным моментом ( 1 /, ig, Ih, li), обладающих здесь относительно меньшей энергией, поскольку при движении в наиболее удаленной от центра ядра области протоны в меньшей степени испытывают кулоновское отталкивание.  [22]

Нарисуйте диаграмму энергетических уровней для цезиевого катода и с ее помощью рассчитайте наименьшую энергию WMHH ( вт-сек), которую необходимо подвести к рассматриваемому электрону, чтобы последний был эмиттирован.  [23]

Постройте диаграмму энергетических уровней для поверхности GaAsv аналогичную диаграмме энергетических уровней для Si, которая изображена на рис. 10.9, и укажите энергию гибридизованных состояний оборванных связей до и после реконструкции.  [24]

Нарисуйте диаграмму энергетических уровней для взаимодействия двух атомов, каждый из которых имеет s — орбиталь.  [26]

Согласно диаграмме энергетических уровней, изображенной на рис. 9 — 2, бз-орбиталь более устойчива, чем 5с / — орбиталь, что не удивительно, поскольку аналогичное явление наблюдается в предыдущих периодах. Однако 4 / — орбитали обычно также устойчивее, чем 5 -орбитали, хотя различие между ними по энергии невелико и имеются исключения. Идеализированная схема заселения орбиталей у элементов шестого периода такова: сначала происходит заселение бз-орбитали у цезия, Cs, и бария, Ва, затем заселяются глубоко погруженные в общее атомное электронное облако 4 / — орбитали у 14 внутренних переходных элементов от лантана, La, до иттербия, Yb. Как показано на рис. 9 — 3, имеются незначительные отклонения от этой схемы. Наиболее важным из них является то, что после Ва новый электрон у La поступает на 5 -орбиталь, а не на 4 / — орбиталь. Поэтому лантан в сущности должен характеризоваться скорее как переходный, а не как внутренний переходный металл. Однако имеет больше смысла запомнить идеализированную схему заполнения, чем концентрировать внимание на отдельных исключениях из нее.  [27]

На диаграмме энергетических уровней 16л — электро-нов помещены, начиная с нижнего уровня, по 2 электрона на каждом уровне. Первый незанятый уровень имеет энергию 0 24 J3 ( — 0 18 эв) по отношению к нулевому а. Одноэлектронную волновую функцию, соответствующую этой энергии, можно рассчитать, как описано в приложении.  [28]

На диаграмме энергетических уровней величину i откладывают вниз от края зоны проводимости.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

2 #

Сейчас, к

последний электрон атома кремния

Я предполагаю, что вы имеете в виду электрон, который был бы , добавленным последними к электронной конфигурации кремния.

Принцип Ауфбау гласит, что электроны заполняют пустые орбитали в порядке , увеличивая уровни энергии . В вашем случае самый высокий уровень энергии, который удерживает электроны в атоме кремния, будет , третий энергетический уровень .

Это означает, что главное квантовое число , # n #, этого электрона будет

.

#ul (n = цвет (синий) (3)) #

Квантовое число углового момента , # l #, сообщает вам энергетическую подоболочку , в которой находится электрон. В этом случае две подоболочки содержат электроны на третьем энергетическом уровне атома кремния

  • # цвет (синий) (3) s # подоболочка # -> l = 0 #
  • # цвет (синий) (3) p # подоболочка # -> l = 1 #

Подоболочка # p # на самом деле на выше по энергии на , чем подоболочка # s #, что означает, что два электрона, добавленные к подоболочке #color (синий) (3) p #, будут , добавленными последними к атом.

Это означает, что у вас

#ul (l = 1) #

Магнитное квантовое число , # m_l #, сообщает вам точную орбиталь , которая удерживает электрон. Для подоболочки # p # у вас есть три возможных орбитали

#l = 1 подразумевает m_l = {-1, 0, 1} #

По соглашению эти три значения магнитного квантового числа обозначают следующие орбитали

  • #m_l = -1 -> # # p_x # орбитальный
  • #m_l = цвет (белый) (-) 0 -> # # p_z # орбитальный
  • #m_l = цвет (белый) (-) 1 -> # # p_y # орбитальный

Теперь важно иметь в виду, что два электрона будут добавлены к отдельным # p # орбиталям , в отличие от тех же # 3p # орбиталей # -> # думаю Правило Хунда здесь .

Другими словами, и еще раз по соглашению, вы можете сказать, что один из двух электронов займет орбиталь # 3p_x #, а другой электрон займет орбиталь # 3p_z #.

Следовательно, у этих двух электронов будет

#m_l = -1 «» # и # «» m_l = 0 #

Наконец, квантовое число спина , # m_s #, сообщает вам спин электрона.

По соглашению, электронам, которые добавляются к пустой орбитали , присваивается положительный спин, или #m_s = + 1/2 #.Таким образом, оба этих электрона будут иметь

#m_s = + 1/2 #

Следовательно, вы можете сказать, что два электрона, добавленные последними к электронной конфигурации нейтрального атома кремния, будут иметь следующие наборы квантовых чисел

#n = 3, l = 1, m_l = -1, m_s = + 1/2 #

Эти электроны расположены на третьем энергетическом уровне , в 3p подоболочке , на орбите # 3p_x # и имеют раскрутку вверх

#n = 3, l = 1, m_l = 0, m_s = + 1/2 #

Эти электроны расположены на третьем энергетическом уровне , в 3p подоболочке , на орбите # 3p_z # и имеют раскрутку вверх

Если вы хотите выбрать один электрон в качестве последнего добавленного, выберите электрон, добавленный на орбиталь # 3p_z #, поскольку электрон, расположенный на орбитали # 3p_x #, будет добавлен за до электрон, расположенный на орбитали # 3p_z # орбитальный.

Информация об элементе кремния Si: факты, свойства, тенденции, использование и сравнение — Периодическая таблица элементов

История кремния

Элемент Кремний был открыт Йенсом Якобом Берцелиусом в году 1824 г. в Швеции . Кремний получил свое название от латинского silx, «кремень» (первоначально кремний).

Присутствие кремния: изобилие в природе и вокруг нас

В таблице ниже показано содержание кремния во Вселенной, Солнце, метеоритах, Земная кора, океаны и человеческое тело.

Кристаллическая структура кремния

Твердотельная структура кремния — это тетраэдрическая упаковка .

Кристаллическую структуру можно описать с помощью ее элементарной ячейки. Элементарные ячейки повторяются в три пространственное пространство для формирования конструкции.

Параметры элементарной ячейки

Элементарная ячейка представлена ​​в терминах ее параметров решетки, которые являются длинами ячейки края Константы решетки ( a , b и c )

б с
543.09 543,09 543.09 вечера

и углы между ними Решетки Углы (альфа, бета и гамма).

альфа бета гамма
π / 2 π / 2 π / 2

Положения атомов внутри элементарной ячейки описываются набором атомных положений ( x i , y i , z i ), измеренные от опорной точки решетки.

Свойства симметрии кристалла описываются концепцией пространственных групп. Все возможно симметричное расположение частиц в трехмерном пространстве описывается 230 пространственными группами (219 различных типов или 230, если хиральные копии считаются отдельными.

Атомные и орбитальные свойства кремния

Атомы кремния имеют 14 электронов и структура электронной оболочки [2, 8, 4] с символом атомного члена (квантовые числа) 3 P 0 .

Оболочечная структура кремния — количество электронов на энергию уровень

с п. д f
1 К 2
2 л 2 6
3 M 2 2

Основное состояние электронной конфигурации кремния — нейтраль Атом кремния

Электронная конфигурация нейтрального атома кремния в основном состоянии [Ne] 3с2 3п2.Часть кремниевой конфигурации, эквивалентная благородному газу предыдущий период сокращенно обозначается как [Ne]. Для атомов с большим количеством электронов это нотация может стать длинной, поэтому используются сокращенные обозначения. валентные электроны 3s2 3p2, электроны в внешняя оболочка, определяющая химические свойства элемента.

Полная электронная конфигурация нейтрального кремния

Полная электронная конфигурация основного состояния для атома кремния, несокращенная электронная конфигурация

1с2 2с2 2п6 3с2 3п2

Атомная структура кремния

Радиус атома кремния 111 пм, а его ковалентный радиус 111 пм.

Атомный спектр кремния

Кремний Химические свойства: Энергии ионизации кремния и сродство к электрону

Сродство к электрону кремния составляет 133,6 кДж / моль.

Энергия ионизации кремния.

Энергии ионизации кремния

см. В таблице ниже.
Число энергии ионизации Энтальпия — кДж / моль
1 786.5
2 1577,1
3 3231,6
4 4355,5
5 16091
6 19805
7 23780
8 29287
9 33878
10 38726

Физические свойства кремния

Физические свойства кремния см. В таблице ниже

Плотность 2.33 г / см3
Молярный объем 12.0538626609 см3

Эластичные свойства

Твердость кремния — Испытания для измерения твердости элемента

Электрические свойства кремния

Кремний — это полупроводник электричества. Ссылаться на стол ниже электрические свойства кремния

Кремний Теплопроводные свойства

Магнитные свойства кремния

Оптические свойства кремния

Акустические свойства кремния

Термические свойства кремния — энтальпии и термодинамика

Термические свойства кремния

см. В таблице ниже.

Энтальпия кремния

Изотопы кремния — ядерные свойства кремния

Изотопы родия.Встречающийся в природе кремний имеет 3 стабильный изотоп — 28Si, 29Si, 30Si.

Изотоп Масса изотопа % Изобилие Т половина Режим распада
22Si
23Si
24Si
25Si
26Si
27Si
28Si 92.2297% Стабильный N / A
29Si 4.6832% Стабильный N / A
30Si 3.0872% Стабильный N / A
31Si
32Si
33Si
34Si
35Si
36Si
37Si
38Si
39Si
40Si
41Si
42Si
43Si
44Si

Нормативно-правовое регулирование и здравоохранение — Параметры и рекомендации по охране здоровья и безопасности

Поиск в базе данных

Список уникальных идентификаторов для поиска элемента в различных базах данных химического реестра

Изучите нашу интерактивную таблицу Менделеева

Сравнение элементов периодической таблицы

Кремний — Информация об элементе, свойства и использование

Расшифровка:

Химия в ее элементе: кремний

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Meera Senthilingam

На этой неделе мы вступаем в мир научной фантастики, чтобы исследовать жизнь в космосе. Вот Андреа Селла.

Андреа Селла

Когда мне было около 12 лет, мы с друзьями прошли этап чтения научной фантастики. Это были фантастические миры Айзека Азимова, Ларри Нивена и Роберта Хайнлайна, включающие невозможные приключения на загадочных планетах — успехи космической программы Аполлона в то время только помогли нам приостановить наше недоверие.Одной из тем, которые я помню из этих историй, была идея о том, что инопланетные формы жизни, часто основанные на элементе кремний, распространены в других местах Вселенной. Почему кремний? Что ж, часто говорят, что элементы, близкие друг к другу в периодической таблице, обладают схожими свойствами, и поэтому, соблазненные извечным отвлекающим маневром, что «углерод является элементом жизни», авторы выбрали элемент под ним, кремний.

Я вспомнил об этих чтениях пару недель назад, когда пошел на выставку работ двух моих друзей.Названный «Каменная дыра», он состоял из потрясающих панорамных фотографий, сделанных с чрезвычайно высоким разрешением в морских пещерах в Корнуолле. Когда мы бродили по галерее, мне в голову пришла мысль. «Можно ли представить мир без кремния?» Неудивительно, что на каждой фотографии преобладали породы на основе кремния, и это было мощным напоминанием о том, что кремний является вторым по распространенности элементом в земной коре, уступая первое место кислороду, элементу, с которым он неизменно связан. .

Силикатные породы — те, в которых кремний тетраэдрически окружен четырьмя атомами кислорода — существуют в удивительном разнообразии, различия определяются тем, как соединяются друг с другом строительные блоки тетраэдров, и какие другие элементы присутствуют, чтобы завершить картину. Когда тетраэдры соединяются друг с другом, получается сумасшедший клубок цепочек, похожий на огромный горшок со спагетти — структуры, которые можно получить в обычном стекле.

Самым чистым из этих цепочечных материалов является диоксид кремния — диоксид кремния, который довольно часто встречается в природе в виде бесцветного минерального кварца или горного хрусталя.В хорошем кристаллическом кварце цепи расположены красивыми спиралями, и все они могут закручиваться влево. Или вправо. Когда это происходит, полученные кристаллы являются точным зеркальным отображением друг друга. Но не накладываются друг на друга — как левая и правая туфли. Для химика эти кристаллы хиральны — свойство, которое когда-то считалось исключительной собственностью элемента углерода, а хиральность, в свою очередь, считалась фундаментальной чертой самой жизни. Но вот он, в холодном неорганическом мире кремния.

Самое грандиозное, что можно создавать пористые трехмерные структуры — немного похожие на молекулярные соты — особенно в присутствии других тетраэдрических линкеров на основе алюминия. Эти впечатляющие материалы называются цеолитами или молекулярными ситами. Тщательно подбирая условия синтеза, можно создать материал, в котором поры и полости имеют четко определенные размеры — теперь у вас есть материал, который можно использовать как ловушки для омаров, чтобы улавливать молекулы или ионы подходящего размера.

А что насчет самого элемента? Освободить его от кислорода сложно, он висит как мрачная смерть и требует жестоких условий.Хамфри Дэви, химик и шоумен из Корнуолла, первым начал подозревать, что кремнезем должен быть соединением, а не элементом. Он применил электрический ток к расплавленным щелочам и солям и, к своему удивлению и восторгу, выделил некоторые чрезвычайно химически активные металлы, в том числе калий. Теперь он двинулся дальше, чтобы посмотреть, на что способен калий. Пропуская пары калия над кремнеземом, он получил темный материал, который затем можно было сжечь и превратить обратно в чистый кремнезем. Куда он толкал, другие следовали за ним. Во Франции Тенар и Гей-Люссак провели аналогичные эксперименты с фторидом кремния.За пару лет великий шведский аналитик Йенс Якоб Берцелиус выделил более существенный объем материала и объявил его элементом.

Кремний не имеет свойств ни рыба, ни мясо. Темно-серого цвета и с очень глянцевым стекловидным блеском, он выглядит как металл, но на самом деле является довольно плохим проводником электричества, и во многих отношениях кроется секрет его окончательного успеха. Проблема в том, что электроны захватываются, как части на черновой доске, в которой нет свободных мест.Особенность кремния и других полупроводников заключается в том, что можно переместить один из электронов на пустую доску — зону проводимости — где они могут свободно перемещаться. Это немного похоже на трехмерные шахматы, в которые играет остроухий доктор Спок из «Звездного пути». Температура имеет решающее значение. Нагревая полупроводник, позвольте некоторым электронам прыгнуть, как лосось, в пустую зону проводимости. И в то же время оставшееся пространство, известное как дыра, тоже может двигаться.

Но есть другой способ заставить кремний проводить электричество: это кажется извращенным, но намеренно вводя примеси, такие как бор или фосфор, можно незаметно изменить электрическое поведение кремния.Такие уловки лежат в основе функционирования кремниевых чипов, которые позволяют вам слушать этот подкаст. Менее чем за 50 лет кремний превратился из любопытного любопытства в один из основных элементов нашей жизни.

Но остается вопрос, ограничивается ли важность кремния только миром минералов? Перспективы не кажутся хорошими — силикатные волокна, такие как волокна синего асбеста, имеют как раз тот размер, который подходит для проникновения глубоко внутрь легких, где они пронзают и разрезают внутреннюю оболочку легких.И все же из-за его необычайной структурной изменчивости химия кремния использовалась биологическими системами. Силикатные осколки прячутся в колючках крапивы и ждут, чтобы порезать мягкую кожу неосторожного путешественника и ввести небольшое количество раздражителя. И в почти невообразимых количествах тонкие силикатные структуры выращиваются множеством крошечных форм жизни, лежащих в основе морских пищевых цепей, диатомовыми водорослями.

Можно ли было найти где-нибудь в космосе пришельцев на основе кремния? Моя догадка, вероятно, была бы нет.Конечно, не как элемент. Он слишком реактивен, и его всегда можно найти в связке с кислородом. Но даже связанное с кислородом, это кажется маловероятным, или, по крайней мере, не в тех мягких условиях, которые мы наблюдаем на Земле. Но опять же, нет ничего лучше сюрприза, чтобы заставить задуматься. Как сказал генетик Дж. Б. С. Холдейн: «Вселенная не более странная, чем мы думаем. Она более странная, чем мы можем предположить». Я живу надеждой.

Meera Senthilingam

Итак, хотя маловероятно, что в космосе могут таиться сюрпризы на основе кремния.Это была всегда обнадеживающая Андреа Селла из Университетского колледжа Лондона, занимавшаяся жизнедеятельностью кремния. На следующей неделе мы узнаем о рентгении, элементе, который нам нужно получить правильно.

Саймон Коттон

Идея заключалась в том, чтобы заставить ионы никеля проникать в ядро ​​висмута, чтобы два ядра слились вместе, образуя атом большего размера. Энергию столкновения необходимо тщательно контролировать, потому что, если ионы никеля не будут двигаться достаточно быстро, они не смогут преодолеть отталкивание между двумя положительными ядрами и просто оторвутся от висмута при контакте.Однако, если бы ионы никеля обладали слишком большой энергией, образовавшееся «составное ядро» имело бы такой избыток энергии, что оно могло бы просто подвергнуться делению и распасться. Уловка заключалась в том, чтобы, как и в случае с кашей Златовласки, быть «в самый раз», чтобы произошло слияние ядер, просто. Мира Сентилингам. Присоединяйтесь к Саймону Коттону, чтобы узнать, как успешные столкновения были созданы основателями элемента рентгениум в программе Chemistry in its Element на следующей неделе. А пока я Мира Сентилингам, и спасибо за внимание.

(промо)

(конец промо)

Глубинные энергетические уровни комплексов платина-водород в кремнии

[1] Дж. Вебер, Водород в полупроводниках: от фундаментальной физики к технологии, Phys.Стат. Sol. (c) 5 (2008) 535–538.

[2] Р. Джонс, А. Резенде, С. Эберг, П.Р. Бриддон, Электронные свойства водородных комплексов переходных металлов в кремнии, Матем.Sci. and Eng .: B 58 (1999) 113-117.

DOI: 10.1016 / s0921-5107 (98) 00293-1

[3] П.Хаздра, В. Комарницкий, В. Бурсикова, Гидрирование платины, введенной в кремний радиационно-усиленной диффузией, Матем. Sci. и англ. В 159–160 (2009) 342–345.

DOI: 10.1016 / j.mseb.2008.11.038

[4] О.Феклисова В., Якимов Е. Б., Ярыкин Н. А. Моделирование проникновения водорода в кремний p-типа при влажном химическом травлении. 36 (2002) 282-285.

DOI: 10.1134 / 1.1461404

[5] Дж.-U. Sachse, E. Ö. Свейнбьорнссон, В. Йост, Дж. Вебер, Х. Лемке, Электрические свойства комплексов платина-водород в кремнии, Phys. Ред. B 55 (1997) 16176–16185.

DOI: 10.1103 / Physrevb.55.16176

[6] Дж.-U. Sachse, E. Ö. Свейнбьорнссон, В. Йост, Дж. Вебер, Х. Лемке, Новая интерпретация доминирующего центра рекомбинации в кремнии, легированном платиной, Appl. Phys. Lett. 70 (1997) 1584-1586.

DOI: 10.1063 / 1.118198

[7] К.Фукуда, Ю. Ивагами, Ю. Камиура, Ю. Ямасита, Т. Исияма, Расщепление электронного уровня, вызванное напряжением, связанное с комплексом платина-водород в кремнии, Physica B: Cond. Мэтт. 308–310 (2001) 240–243.

DOI: 10.1016 / s0921-4526 (01) 00682-2

электронных конфигураций атомов кремния и германия

ОБЗОР ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
  • Электроника начинается с представлений о поведении носителей заряда в электронных устройствах и интегральных схемах (ИС) под воздействием электрических полей.
  • Модель атома представлена ​​на рис. 2.1. Аспект движения электронов аналогичен движению планет, при котором планеты вращаются вокруг Солнца. Аналогичным образом электроны движутся по замкнутым стационарным орбитам вокруг положительного ядра атома.


Рис. 2.1 Электронная конфигурация атома кремния

2.1.1 Электронные конфигурации атомов кремния и германия
  • Оболочечная структура и состояния, занятые электронами, зависят от валентности материала и его атомного номера Z .Полупроводниковые материалы кремний и германий используются для изготовления полупроводниковых приборов.

Распределение электронов по различным орбитам для атомов кремния и германия показано в таблице 2.1 и на рис. 2.1 и 2.3.

Таблица 2.1

Элемент Атомный номер ( Z ) Конфигурация
Кремний (Si) 14 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
Германий (Ge) 32 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2

Электронная конфигурация атома кремния (рис.2.1)

  • Атомный номер атома кремния Z = 14. Он содержит 14 положительных зарядов в ядре и 14 электронов, которые движутся вокруг ядра по замкнутым стационарным орбитам. Предполагается, что орбиты представляют собой концентрические окружности. Таким образом, каждый атом электрически нейтрален (нулевой заряд для атома в целом). Следовательно, кремниевый материал является «электрически нейтральным материалом».
  • Планетарная модель атома рассматривается только из классической модели. Каждый «атом кремния» имеет свои электроны, расположенные в группах энергетических уровней или оболочек следующим образом:
    1. Первая орбита, самый внутренний энергетический уровень, имеет 2 электрона (полностью заполнены).
    2. Вторая орбита имеет 8 электронов (полностью заполнена).
    3. Третья орбита имеет на балансе 4 электрона (частично заполнена).
    4. Уровни энергии, начиная с четвертого уровня, являются пустыми уровнями энергии.
    5. Эта последняя частично заполненная оболочка (третья орбита) называется валентной оболочкой.
    6. 4 электрона на третьей орбите (оболочке) известны как валентные электроны.
    7. Валентные электроны отвечают за химические и электрические свойства материала.
    8. Электроны, извлеченные из валентной оболочки и не подверженные силе притяжения ядра на них, называются свободными электронами.

Представление атома кремния в виде четырехвалентного материала показано на рис. 2.2 в качестве основы для понимания концепции образования ковалентных связей и т. Д. Кремниевый полупроводник, как «четырехвалентный» материал, имеет «четыре валентных электрона». Сила притяжения между ядром (остовом) и электроном внутри атома задается формулой

, где электронный заряд q выражается в кулонах, r — расстояние между электронами и ядром (в атоме) в метрах, сила F в Ньютонах, ɛ 0 — диэлектрическая проницаемость свободного пространства в фарадах / метр, а диэлектрическая проницаемость свободного пространства ɛ 0 = 8.849 × 10 –12 фарад / метр.


Рис. 2.2 Изображение атома кремния с его валентными электронами

Эта сила притяжения F между ядром и электроном уравновешивается


, где м — масса электрона, м = 9,109 × 10 –31 кг, v — скорость электрона на орбите, ускорение a = v 2 / r и направлен к ядру.


Потенциальная энергия PE электрона на расстоянии ‘ r ’ от ядра.
Согласно разговору об энергии, энергия, связанная с электронами Вт = кинетическая энергия + потенциальная энергия:


, где энергия Вт выражена в джоулях.
Подставляя значение из уравнения. (2.2A) в уравнение. (2.3) получаем


Уравнение (2.4) показывает связь между радиусом r (расстояние электрона на круговой орбите от ядра) и энергией W электронов.Это также показывает, что энергия электрона становится меньше (т. Е. Более отрицательной) по мере приближения к ядру. Соотношение задается формулой. (2,4 А):


, где n = 1, 2, 3 и т. Д.

Периодическая таблица в KnowledgeDoor

Ссылки (Щелкните рядом со значением выше, чтобы увидеть полную информацию о цитировании для этой записи)

Олбрайт, Томас А. и Джереми К. Бёрдетт. Проблемы теории молекулярных орбиталей.Нью-Йорк: Oxford University Press, 1992.

Аллен, Лиланд К. «Электроотрицательность — это средняя энергия одного электрона валентной оболочки в свободных атомах в основном состоянии». Журнал Американское химическое общество, том 111, номер 25, 1989 г., стр. 9003–9014. doi: 10.1021 / ja00207a003

Аллен, Леланд К. «Электроотрицательность — это средняя одноэлектронная энергия электронов валентной оболочки в основных свободных атомах». Журнал Американское химическое общество, том 111, номер 25, 1989 г., стр.9003–9014. DOI: 10.1021 / ja00207a003

Allred, A. L. «Значения электроотрицательности из термохимических данных». Журнал неорганической и ядерной химии, том 17, № 3-4, 1961, с. 215–221. DOI: 10.1016 / 0022-1902 (61) 80142-5

Allred, A. L. и E. G. Rochow. «Шкала электроотрицательности, основанная на электростатической силе». Журнал неорганических и ядерных Химия, том 5, номер 4, 1958, стр. 264–268. DOI: 10.1016 / 0022-1902 (58) 80003-2

Андерс, Эдвард и Николас Гревесс.«Изобилие элементов: метеоритное и солнечное». Geochimica et Cosmochimica Acta, том 53, номер 1, 1989 г., стр. 197–214. DOI: 10.1016 / 0016-7037 (89) -X

Барсан, Майкл Э., редактор. Карманный справочник NIOSH по химической опасности. Цинциннати, Огайо: NIOSH Publications, 2007.

Batsanov, S. S. «Ван-дер-Ваальсовые радиусы элементов». Неорганические материалы, том 37, номер 9, 2001 г., стр. 871–885. См. Реферат

Bearden, J. A., and A. F. Burr. «Переоценка рентгеновских уровней атомной энергии.«Обзоры современной физики, том 39, номер 1, 1967, стр. 125–142. Doi: 10.1103 / RevModPhys.39.125

Блондель, Кристоф, Кристиан Дельсарт и Фабьен Гольдфарб». Электронная спектрометрия на уровне мкэВ и сродство к электрону Si и F. «Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, volume 34, number 9, 2001, pp. L281 – L288. doi: 10.1088 / 0953-4075 / 34/ 9 / 101

Бонди, A. «Van der Waals Volumes and Radii.»The Journal of Physical Chemistry, volume 68, number 3, 1964, pp. 441–451. Doi: 10.1021 / j100785a001

Bowen, HJM Environment Chemistry of the Elements. Лондон: Academic Press, Inc., 1979.

Бойд, Рассел Дж. И Кеннет Э. Эджкомб. «Атомные и групповые электроотрицательности из распределения электронной плотности молекул». Журнал Американского химического общества, том 110, номер 13, 1988, стр 4182–4186. Doi: 10.1021 / ja00221a014

Братч, Стивен Г.»Пересмотренные значения электроотрицательности по Малликену: I. Расчет и преобразование в единицы Полинга «. Журнал химического образования, том 65, номер 1, 1988 г., стр. 34–41. doi: 10.1021 / ed065p34

Кардарелли, Франсуа. Справочник по материалам: краткий Настольный справочник, 2-е издание. Лондон: Springer – Verlag, 2008.

Кардона, М., и Л. Лей, редакторы. Фотоэмиссия в твердых телах I: общие принципы. Берлин: Springer-Verlag, 1978.

Чанг, К. Дж., Мишель М. Дакорогна, Марвин Л.Коэн, Ж. М. Миньо, Ж. Шуто и Дж. Мартинес. «Сверхпроводимость в металлических фазах Si высокого давления». Physical Review Letters, том 54, номер 21, 1985 г., стр. 2375–2378. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.54.2375

Чейз, Малкольм В., редактор. Монография JPCRD № 9: Термохимические таблицы NIST-JANAF (Часть I и Часть II). Вудбери, штат Нью-Йорк: Американское химическое общество и Американский институт физики, 1998.

Шовен, Реми. «Явный периодический тренд радиусов Ван-дер-Ваальса.»The Journal of Physical Chemistry, volume 96, number 23, 1992, pp. 9194–9197. Doi: 10.1021 / j100202a023

Clementi, E., and DL Raimondi.» Константы атомного скрининга из функций SCF. «Journal of Химическая физика, том 38, номер 11, 1963, стр. 2686–2689. doi: 10.1063 / 1.1733573

Коэн, Э. Ричард, Дэвид Р. Лид и Джордж Л. Тригг, редакторы. 3-е издание. Нью-Йорк: Springer-Verlag New York, Inc., 2003.

Connelly, Neil G., Туре Дамхус, Ричард М. Хартсхорн и Алан Т. Хаттон. Номенклатура неорганической химии: Рекомендации ИЮПАК 2005. Кембридж: RSC Publishing, 2005.

Кордеро, Беатрис, Вероника Гомес, Ана Э. Платеро-Пратс, Марк Ревес, Хорхе Эчеверрия, Эдуард Кремадес, Флавиа Барраган и Сантьяго. «Ковалентные радиусы еще раз». Dalton Transactions, номер 21, 2008 г., стр. 2832–2838. DOI: 10.1039 / b801115j

Кросвелл, Кен. Алхимия Небес. Нью-Йорк: якорные книги, 1995.

де Подеста, Майкл. Понимание свойств Дело, 2-е издание. Лондон: Тейлор и Фрэнсис, 2002.

Донохью, Джерри. Структуры элементов, 2-е издание. Малабар, Флорида: издательство Robert E. Krieger Publishing Company, 1974.

Dronskowski, Richard. Вычислительная химия твердотельных материалов. Вайнхайм, Германия: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.

Эббинг, Даррелл Д. и Стивен Д. Гаммон. Общая химия, 8-е издание.Бостон, Массачусетс: Компания Houghton Mifflin, 2005.

Эмсли, Джон. Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета, 2003.

Эмсли, Джон. Элементы, 3-е издание. Oxford: Oxford University Press, 1998.

Файерстоун, Ричард Б. Таблица изотопов, 8-е издание, том 2. Под редакцией Вирджинии С. Ширли с помощниками редакторов Корал М. Баглин, С. Ю. Франк Чу и Джин Зипкин. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1996.

Галассо, Фрэнсис С.Структура и свойства неорганических твердых тел. Oxford: Pergamon Press, 1970.

Ghosh, Dulal C., and Kartick Gupta. «Новая шкала электроотрицательности 54 элементов периодической таблицы, основанная на поляризуемости атомов». Журнал теоретической и вычислительной химии, том 5, номер 4, 2006 г., стр. 895–911. DOI: 10.1142 / S0219633606002726

Гринвуд, Н. Н. и А. Эрншоу. Химия элементов, 2-е издание. Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн, 1997.

Гвин Уильямс.Энергии связи электронов. http: // www.jlab.org/ ~ gwyn / ebindene.html . Доступ 30 апреля 2010 г.

Хо, К. Ю., Р. У. Пауэлл и П. Э. Лили. «Тепловой Электропроводность элементов: всесторонний обзор. «Журнал физических и химических справочных данных, том 3, приложение 1, 1974 г., стр. I – 1 — I – 796.

Хорват, AL» Критическая температура элементов и периодическая система . »Журнал химического образования, том 50, номер 5, 1973, стр.335–336. DOI: 10.1021 / ed050p335

Хухи, Джеймс Э., Эллен А. Кейтер и Ричард Л. Кейтер. Неорганическая химия: основы структуры и реакционной способности, 4-е издание. Нью-Йорк: издательство HarperCollins College Publishers, 1993.

Ihde, Аарон Дж. Развитие современной химии. Нью-Йорк: Dover Publications, Inc., 1984.

Международная организация труда (МОТ). Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.ilo.org/ legacy / русский / защита / safework / cis / products / icsc / dtasht / _icsc15 / .htm . По состоянию на 4 мая 2010 г.

Международная организация труда (МОТ). Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.ilo.org/ legacy / русский / защита / safework / cis / products / icsc / dtasht / _icsc15 / .htm . Доступ 5 мая 2010 г.

Дженсен, Дж. Э., Р. Б. Стюарт, В. А. Таттл, Х. Брехна и А. Г. Проделл, редакторы.Записная книжка избранных криогенных данных Брукхейвенской национальной лаборатории. БНЛ 10200-Р, т. 1, Брукхейвенская национальная лаборатория, август 1980 г.

Джессбергер, Эльмар К., Александр Христофоридис и Йохен Киссель. «Аспекты основного элементного состава пыли Галлея». Природа, том 332, номер 21, 1988 г., стр. 691–695. DOI: 10.1038 / 332691a0

Кинг, Х. У. «Зависящие от давления аллотропные структуры элементов». Бюллетень фазовых диаграмм сплавов, том 4, номер 4, 1983 г., стр.449–450. DOI: 10.1007 / BF02868110

Киттель, Чарльз. Введение в физику твердого тела, 8-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2005.

Корпинаров Н., Маринов М., Димова-Малиновска Д., Ничев Х., Константинова М. и Васильев Д. «Кремниевые нанопроволоки и усы, полученные с помощью дугового разряда». Journal of Physics: Conference Series, volume 113, 2008, 012007 (5 стр.). DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 113/ 1/ 012007

Краузе, М.О. «Атомные радиационные и безызлучательные выходы для K и L. Shells. «Journal of Physical and Chemical Reference Data», том 8, номер 2, 1979, стр. 307–327.

Li, Y.-H., and JE Schoonmaker. «Химический состав и минералогия морских отложений», стр. 1–36 в «Отложениях, диагенезе и осадочных породах». Под редакцией Фреда Т. Маккензи. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Либофф, Ричард Л. Введение в квантовую механику, 3-е издание. Ридинг, Массачусетс: Addison Wesley Longman, Inc., 1998.

Лиде, Дэвид Р., редактор. CRC Справочник по химии и физике, 88-е издание. Бока-Ратон, Флорида: Taylor & Francis Group, 2008.

Маделунг, Отфрид, редактор. Полупроводники — Основные данные, 2-е издание. Берлин: Springer – Verlag, 1996.

Манн, Джозеф Б., Терри Л. Мик и Леланд К. Аллен. «Конфигурация Энергии основных элементов группы. «Журнал Американского химического общества, том 122, номер 12, 2000 г., стр. 2780–2783. Doi: 10.1021 / ja992866e

Мануэль, О., редактор. Происхождение элементов в Солнце Система: последствия наблюдений после 1957 года. Нью-Йорк: Kluwer Academic Publishers, 2000.

Маршалл, Джеймс Л. Открытие элементов: поиск фундаментальных принципов Вселенной, 2-е издание. Бостон, Массачусетс: Pearson Custom Publishing, 2002.

Мартин, В. К. «Электронная структура элементов». Европейский физический журнал C — Частицы и поля, том 15, номер 1–4, 2000 г., стр. 78–79. DOI: 10.1007 / BF02683401

Martin, W.К. и Ромуальд Залубас. «Уровни энергии кремния, Si С I по Si XIV. «Journal of Physical and Chemical Reference Data, volume 12, number 2, 1983, pp. 323–380.

McDonough, WF» Compositional Model for the Earth Core. «Pp. 547–568 in The Mantle and Core. Под редакцией Ричарда У. Карлсона. Oxford: Elsevier Ltd., 2005.

Mechtly, Евгений А. «Свойства материалов». pp. 4–1–4–33 в Справочных данных для инженеров: радио, электроника, компьютер и связь. Автор Mac E.Ван Валкенбург, отредактированный Венди М. Миддлтон. Уоберн, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн, 2002. DOI: 10.1016 / B978-075067291-7 / 50006-6

Мисслер, Гэри Л. и Дональд А. Тарр. Неорганическая химия, 3-е издание. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл, 2004.

Мор, Питер Дж., Барри Н. Тейлор и Дэвид Б. Ньюэлл. «CODATA Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант, 2006 г.» Обзоры современной физики, том 80, номер 2, 2008 г., стр. 633–730. DOI: 10.1103/ RevModPhys.80.633

Нэгл, Джеффри К. «Атомная поляризуемость и электроотрицательность». Журнал Американского химического общества, том 112, номер 12, 1990 г., стр. 4741–4747. DOI: 10.1021 / ja00168a019

Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH). Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.cdc.gov/ niosh / ipcsneng / neng1508.html . По состоянию на 4 мая 2010 г.

Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH).Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.cdc.gov/ niosh / ipcsneng / neng1508.html . По состоянию на 5 мая 2010 г.

Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH). Регистр токсического действия химических веществ на кремний. http: // www.cdc.gov/ niosh-rtecs / vw61a80.html . Доступ 5 мая 2010 г.

Орем, У. Х. и Р. Б. Финкельман. «Угледобыча и геохимия.»pp. 191–222 в Отложениях, диагенезе и осадочных породах. Под редакцией Фреда Т. Маккензи. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Окстоби, Дэвид В., Х. П. Гиллис и Алан Кэмпион. Принципы современной химии, 6-е издание. Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул, 2008.

Пальм, Х. и Х. Бир. «Метеориты и состав солнечной фотосферы». стр. 204–206 в книге Ландольта – Бернштейна — Группа VI: Астрономия и астрофизика. Под редакцией Х. Х. Фойгта. Нью-Йорк: Springer – Verlag, 1993. DOI: 10.1007/ 10057790_59

Пальме, Х., и Хью Сент-К. О’Нил. «Космохимические оценки состава мантии». стр. 1–38 в «Мантия и ядро». Под редакцией Ричарда В. Карлсона. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Полинг, Линус. Природа химической связи, 3-е издание. Итака, Нью-Йорк: издательство Корнельского университета, 1960.

Пирсон, Ральф Г. «Абсолютная электроотрицательность и твердость: применение в неорганической химии». Неорганическая химия, том 27, номер 4, 1988 г., стр. 734–740.DOI: 10.1021 / ic00277a030

Pekka Pyykkö. Самосогласованные ковалентные радиусы 2009 г. http: // www.chem.helsinki.fi/ ~ pyykko / Radii09.pdf . Доступно на 20 ноября 2010 г.

Пюкко, Пекка и Мичико Ацуми. «Ковалентные радиусы молекул с двойной связью для элементов Li-E112». Химия — Европейский журнал, том 15, номер 46, 2009 г., стр. 12770–12779. DOI: 10.1002 / chem.2002

Pyykkö, Pekka и Michiko Atsumi.«Молекулярные ковалентные радиусы одинарной связи для элементов 1-118». Химия — Европейский журнал, том 15, номер 1, 2009 г., стр. 186–197. doi: 10.1002 / chem.200800987

Pyykkö, Pekka, Sebastian Riedel и Michael Patzschke. «Ковалентные радиусы с тройной связью». Химия — Европейский журнал, том 11, номер 12, 2005 г., стр. 3511–3520. DOI: 10.1002 / chem.200401299

Рингнес, Виви. «Происхождение названий химических элементов». Журнал химического образования, том 66, номер 9, 1989 г., стр.731–738. DOI: 10.1021 / ed066p731

Рорер, Грегори С. Структура и связь в кристаллических материалах. Кембридж: Cambridge University Press, 2001.

Самсонов Г.В., редактор. Справочник по физико-химическим свойствам элементов. Нью-Йорк: Plenum Publishing Corporation, 1968.

Сандерсон, Р. Т. Простые неорганические вещества. Малабар, Флорида: Robert E. Krieger Publishing Co., Inc., 1989.

Сандерсон, Р. Т. «Принципы электроотрицательности: Часть I.Общий Nature ». Журнал химического образования, том 65, номер 2, 1988 г., стр. 112–118. DOI: 10.1021 / ed065p112

Сандерсон, Р. Т. Полярная ковалентность. Нью-Йорк: Academic Press, Inc., 1983.

Sansonetti, J. E., and W. C. Martin. «Справочник по основным данным атомной спектроскопии». Справочный журнал физических и химических данных, том 34, номер 4, 2005 г., стр. 1559–2259. DOI: 10.1063 / 1.1800011

Научная группа Thermodata Europe (SGTE).Чистые вещества: Часть 1 — Элементы и соединения от AgBr до Ba3N2. Под редакцией И. Уртадо и Д. Нойшютца. Берлин: Springer-Verlag, 1999. doi: 10.1007 / 10652891_3

Шеннон Р. Д. «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах». Acta Crystallographica Раздел A, том 32, номер 5, 1976 г., стр. 751–767. DOI: 10.1107 / S0567739476001551

Шур, Михаил. Физика полупроводниковых приборов. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice-Hall, Inc., 1990.

Силби, Роберт Дж., Роберт А. Олберти и Мунги Г. Бавенди. Физическая химия, 4-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2005.

Слейтер, Дж. К. «Атомные радиусы в кристаллах». Журнал химической физики, том 41, номер 10, 1964, стр. 3199–3204. doi: 10.1063 / 1.1725697

Смит, Дерек В. «Электроотрицательность в двух измерениях: переоценка и разрешение парадокса Пирсона-Полинга». Журнал химического образования, том 67, номер 11, 1990 г., стр.911–914. DOI: 10.1021 / ed067p911

Смит, Дерек В. Неорганические вещества: прелюдия к изучению описательной неорганической химии. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1990.

Стюарт, Г. Р. «Измерение низкотемпературной удельной теплоемкости». Обзор научных инструментов, том 54, номер 1, 1983 г., стр. 1–11. DOI: 10.1063 / 1.1137207

Straumanis, M. E., and E. Z. Aka. «Параметры решетки, коэффициенты теплового расширения и атомные массы чистейшего кремния и германия.»Журнал прикладной физики, том 23, номер 3, 1952 г., стр. 330–334. Doi: 10.1063 / 1.1702202

Тари, А. Удельная теплоемкость вещества при низких температурах. Лондон: Imperial College Press, 2003″.

Туркевич, Энтони Л. «Средний химический состав лунной поверхности». С. 1159–1168 в Трудах Четвертой Лунной научной конференции, том 2. Хьюстон, Техас, 5–8 марта 1973 г. Под редакцией У. А. Гозе. Oxford: Pergamon Press, 1973.

Министерство транспорта США (DOT), Транспорт Канады (TC), Секретариат транспорта и коммуникаций Мексики (SCT) и Centro de Información Química para Emergencias (CIQUIME).Руководство по реагированию на чрезвычайные ситуации, 2008 г.

Вайнштейн, Борис К., Владимир М. Фридкин и Владимир Л. Инденбом. Структура кристаллов, 2-е издание. Современная кристаллография 2. Под ред. Б. К. Вайнштейна, А. А. Чернова, Л. А. Шувалова. Берлин: Springer-Verlag, 1995.

Фойгт, Х. Х., редактор. Ландольт – Бёрнштейн — Астрономия и астрофизика VI группы. Берлин: Springer – Verlag, 1993.

Waber, J. T., and Don T. Cromer. «Радиусы орбит атомов и ионов». Журнал химической физики, том 42, номер 12, 1965 г., стр.4116–4123. DOI: 10.1063 / 1.1695904

Уолдрон, Кимберли А., Эрин М. Ферингер, Эми Э. Стриб, Дженнифер Э. Троски и Джошуа Дж. Пирсон. «Процент скрининга, основанный на эффективном Ядерный заряд как универсальный инструмент для обучения периодическим тенденциям. «Журнал химического образования, том 78, номер 5, 2001 г., стр. 635–639. DOI: 10.1021 / ed078p635

Ватанабэ, Хиромичи, Наофуми Ямада и Масахиро Окаджи . «Линейный термический Коэффициент расширения кремния от 293 до 1000 К.»Международный журнал теплофизики, том 25, номер 1, 2004 г., стр. 221–236. Doi: 10.1023 / B: IJOT.0000022336.83719.43

недель, Мэри Эльвира и Генри М. Лестер. Открытие Стихий, 7-е издание. Истон, Пенсильвания: журнал химического образования, 1968.

Визер, Майкл Э. и Тайлер Б. Коплен. «Атомный вес элементов 2009 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия, том 83, номер 2, 2011 г., стр. 359–396. DOI: 10.1351 / PAC-REP-10-09-14

Yaws, Carl L.Справочник физических свойств Yaws для углеводородов и химикатов. Хьюстон, Техас: Gulf Publishing Company, 2005.

диапазонов энергии

диапазонов энергии

Далее: Теория эффективных масс Up: Электронная структура Предыдущая: Электронная структура

Гетероструктуры способны улучшить характеристики полупроводников. устройств, потому что они позволяют разработчику устройства локально изменять зонная структура полупроводника и, таким образом, управление движением носителей заряда.Чтобы понять, как такая локальная модификация ленточной структуры может повлиять на это движение, необходимо понимать энергетические зоны объемных полупроводников [13].

Если, например, соединить несколько атомов кремния чтобы сформировать кристалл, дискретные уровни энергии свободных атомов расширяются в энергетические зоны в кристалле. Причина в том, что электроны могут свободно перемещаться от одного атома к другому, и поэтому они могут имеют разное количество кинетической энергии в зависимости от их движения.Каждое из квантовых состояний свободного атома порождает одну энергию группа. Связующие комбинации состояний, которые были заняты валентные электроны в атом становятся валентными зонами кристалла. Комбинации против сцепления из этих состояний становятся зонами проводимости. Форма волновых функций зонных электронов определяется теоремой Блоха как , где n обозначает энергетическую полосу, — волновой вектор состояния, а — периодическая функция на кристаллической решетке.Каждое такое состояние обладает уникальной энергией и графиком эта энергия как функция от представляет структуру энергетической зоны. Для большинства целей мы можем ограничить значения в пределах твердого фигура называется зоной Бриллюэна. Перспективные графики зонной структуры полученный из эмпирической модели псевдопотенциала [14] для Si и GaAs представлены в Рисунки 1 и 2 соответственно.


Рисунок 1: Перспективный график зонной структуры кремния.На рисунке слева показана зона Бриллюэна, а двумерный разрез над которой отображаются энергетические полосы. Энергетические зоны нанесены на Правильно. Четыре поверхности, лежащие ниже 0 эВ, представляют собой валентные зоны, а верхняя , который на этом рисунке является центром передней границы Разрез зоны Бриллюэна. Минимальная энергия зоны проводимости имеет место по передней границе разреза, у левого и правого концов. Таким образом, Si имеет непрямозонную структуру.


Рисунок 2: Перспективный график зонной структуры галлия арсенид.Условные обозначения на рисунке такие же, как на рисунке 1. Минимум зоны проводимости GaAs возникает при, и, таким образом, GaAs имеет прямозонная зонная структура.

Динамика электронов в энергетических зонах описывается двумя теоремами [13]. Скорость электрона с волновым вектором определяется групповой скоростью:

Если к электрону приложить постоянную силу, его волновой вектор изменится в соответствии с

Если ленточная структура идеально параболическая, они сводятся к обычные ньютоновские выражения.Однако, как показано на фиг. 1 и 2, в зонных структурах обычного полупроводники, если они не параболические.



Далее: Теория эффективной массы Up: Электронная структура Предыдущая: Электронная структура


Уильям Р. Френсли
Вс, 21 мая 16:29:20 CDT 1995
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *