Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
ЗАГАДКА ГОЛУБЫХ ЗВЕЗД
В огромном шаровом звездном скоплении Омега Центавра находятся самые необычные звезды во Вселенной – голубые, переполненные гелием.
В прошлом году с помощью телескопа Хаббл ученые обнаружили, что в шаровом скоплении Омега Центавра наблюдаются красные и голубые звезды, сжигающие в своих недрах водород. Далее...

Голубая звезда

бесщелевые полупроводники

БЕСЩЕЛЕВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ - вещества с тождественно равной нулю шириной запрещённой зоны. В Б. п. дно зоны проводимости 1119910-156.jpg и вершина валентной зоны 1119910-157.jpg касаются друг друга. Б. п. образуют естеств. границу между металлами (металлы с точечной ферми-поверхностьюполупроводниками. От типичных полупроводников их отличает отсутствие энергетич. порога для рождения электронно-дырочных пар, от металлов - существенно меньшая плотность электронного газа. Впервые бесщелевое состояние обнаружено в 1957 [1]. Обращение в нуль ширины запрещённой зоны 1119910-158.jpg может быть обусловлено симметрией кристаллич. решётки, а может носить и случайный характер. Это позволяет разделить Б. п. на 2 группы.

К 1-й относятся 1119910-159.jpg -Sn (серое олово), 1119910-160.jpg- HgS, HgSe и HgTe, у к-рых дну зоны проводимости и вершине валентной зоны соответствуют волновые функции, принадлежащие одному и тому же неприводимому представлению пространственной группы симметрии кристаллов. Бесщелевой электронный спектр этих веществ достаточно устойчив и исчезает лишь при внеш. воздействиях, понижающих симметрию кристалла (напр., при одноосном сжатии). Ко 2-й группе Б. п. можно отнести твердые раствора 1119910-161.jpg , 1119910-162.jpg , 1119910-163.jpg, у к-рых при определ. соотношениях компонент возникает случайное вырождение уровней, соответствующих дну зоны проводимости и вершине валентной зоны. В этих веществах бесщелевое состояние может быть разрушено под действием любого возмущения, в т. ч. такого, к-рое не изменяет симметрии кристалла.

Все известные Б. п. 1-й группы имеют т. н. инверсную зонную структуру, к-рую предложили С. X. Гровс и В. Поль в 1963 для объяснения свойств 1119910-164.jpg -Sn. Для этой структуры характерно обратное расположение энергии s- и р-подобных электронных зон кристалла по сравнению с энергетич. структурой таких типичных полупроводников, как Ge и InSb, обладающих той же кубич. симметрией. У InSb зона проводимости, отделённая от валентной зоны запрещённой зоной шириной 1119910-165.jpg, описывается в окрестности "дна" 1119910-166.jpg волновыми ф-циями S-симметрии.

Две валентные зоны вблизи своего потолка 1119910-167.jpg описываются волновыми ф-циями P-симметрии (зоны лёгких и тяжёлых дырок; рис., а). В Б. п. (напр., HgTe) зона с S-симметрией расположена ниже зон с Р-симметрией и имеет отрицат. кривизну. Кривизна одной из зон с Р-симметрией оказывается положительной, а другой -отрицательной (рис., 6). Эффективные массы электронов 1119910-168.jpg в Б. п. заметно меньше эффективных масс дырок 1119910-169.jpg . Возникновение инверсной структуры зон связано с релятивистскими эффектами [1].

Отсутствие щели в электронном спектре Б. п. обусловливает целый ряд их особенностей. Концентрация п электронов как носителей заряда в чистых нелегированных Б. п. степенным (а не экспоненциальным) образом зависит от темп-ры T:

1119910-170.jpg

Концентрация п может заметно возрастать при пропускании через Б. п. электрич. тока, что обусловливает нелинейность вольт-амперной характеристики.

1119910-171.jpg

Электронные энергетические спектры (1119910-172.jpg- энергия электрона, P - его квазиимпульс): а-полупроводника InSb с конечной шириной запрещённой зоны ; б - бесщелевого 1119910-173.jpg полупроводника.

Значит. роль в Б. п. при низких темп-pax играет электрон-электронное взаимодействие, приводящее, во-первых, к неаналитич. зависимости энергии электронов и дырок от квазиимпульса р в области 1119910-174.jpg (е - заряд электрона, 1119910-175.jpg - статическая диэлектрическая проницаемость; )во-вторых, к сингулярному поведению диэлектрич. проницаемости кристалла как ф-ции T, ферми-энергии 1119910-176.jpg, частоты в волнового числа при малых значениях этих параметров.

В отличие от обычных полупроводников, в Б. п. невозможно существование истинно дискретных примесных уровней, однако акцепторные примеси в Б. п. образуют узкие резонансные состояния в зоне проводимости с шириной, пропорциональной малому отношению плотности электронных состояний в зонах проводимости и валентной [2]. Донорные же примеси в Б. п. с 1119910-177.jpg1119910-178.jpg таких квазисвязанных уровней не образуют.

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

Б. п. со случайным вырождением зоны проводимости и валентной зоны обладают непараболич. спектром носителей заряда с очень малыми эффективными массами. Следствием этого является высокая подвижность электронов и дырок, приводящая, в частности, к значит. величине магнетосопротивления, коэф. Нернста-Эттингсхаузена (см. Нернста-Эттингсхаузена эффект)и нек-рых др. кинетич. параметров.

Лит.: 1) Цидильковский И. M., Зонная структура полупроводников, M., 1978; 2) Гельмонт Б. Л., Иванов-Омский В. И., Цидильковский И. M., Электронный энергетический спектр бесшелевых полупроводников, "УФН", 1976, т. 120, с. 337; 3) Берченко H. H., Пашковский M. В., Теллурид ртути - полупроводник с нулевой запрещенной зоной, там же, 1976, т. 119, с. 223.

С. Д. Бенеславский.

  Предметный указатель