Кристалічна решітка

МОДЕЛЬ КОВАЛЕНТНОГО ЗВ'ЯЗКУ

Залежно від структурних особливостей твердих тіл прийнято розрізняти:

аморфні речовини, що не мають якої-небудь певної структури;

полікристалові речовини, що складаються з окремих гранул або малих областей. Кожна гранула має чітко виражену структуру, проте розміри і орієнтація гранул в сусідніх областях абсолютно довільні;

монокристалічні речовини, атоми яких просторово впорядковані і утворюють тривимірну періодичну структуру, звану кристалічною решіткою.

Для забезпечення необхідних властивостей напівпровідникові пристрої і інтегральні схеми виконують з монокристалів, серед яких найбільше значення мають монокристали кремнію (Si); даний напівпровідниковий матеріал в даний час використовують найчастіше. Проте будь-який монокристал неминуче містить ті або інші дефекти структури, які роблять істотний вплив на процеси перенесення носіїв заряду. Такі дефекти (наприклад, вакансії, включення, дислокації і межі) виникають в процесі вирощування монокристала, а також можуть бути слідством недостатньо високої якості технології.

Основну роль в процесі об'єднання атомів в кристал грають електрони. Міжатомний зв'язок виникає завдяки тому, що атоми в речовині розташовані близько один до одного. Розрізняють іонну, металеву і ковалентну зв'язку.

При іонному зв'язку електрони переміщаються від одних атомів до інших. Як наслідок, в структурі виникають іони. При металевому зв'язку кристалічна решітка з позитивно заряджених іонів оточена «електронним газом». Нарешті, у разі ковалентного зв'язку зовнішні, так звані валентні, електрони стають загальними для найближчих сусідніх атомів. У твердих тілах з ковалентним зв'язком утворюються різні кристалічні решітки, вид яких визначається кутами між напрямами різних ковалентних зв'язків.

Багато властивостей твердих тіл пояснюються тією періодичністю, з якою розміщені в просторі їх структурні елементи. Тому доцільно розглянути важливе поняття, зване кристалічною решіткою.

У періодичній кристалічній решітці можна виділити деякий елементарний осередок, який повторюється періодично по всьому кристалу. Виділяючи такий осередок, вдається описати положення атомів або іонів в речовині, і, отже, вона може служити для того, щоб з її допомогою характеризувати структуру кристалів. Положення, займані атомами або іонами, відповідають точкам (вузлам) грат. У напівпровідниках елементарний осередок полягає всього лише з декількох атомів. Просторово вона дуже мала і може бути розміщена усередині куба із стороною близько 0,5 нм.

Слід відмітити, що елементарний осередок не обов'язково співпадає з так званим примітивним осередком, який, за визначенням, є областю мінімального об'єму, грат, що містять один вузол.

Серед всіляких видів грат можна виділити кубічні грати, що мають декілька різновидів.

• Прості кубічні грати. У кожній вершині таких грат розташовується один атом, що належить одночасно восьми сусіднім елементарним осередкам (мал. 2.1, а). У такій формі кристалізується лише полоний (Ро).

• Кубічні об’ємноцентровані грати. Тут крім атомів у вершинах кубів є ще один атом в центрі (мал. 2.1,6). До даного типа відносяться кристалічні решітки молібдену і вольфраму.

• Кубічні гранецентрировані грати. Має шість атомів в центрах граней і, крім того, вісім атомів у вершинах куба (мал. 2.1, в). У такій формі кристалізується алюміній і ряд інших хімічних елементів.

• Грати типу алмазу. Може розглядатися як двоє вкладених один в одного кубічних гранецентрированих грат, зміщені на відстані чверті діагоналі куба (на мал. 2.1, г темними і світлими кухлями зображені одні і ті ж атоми). У даній формі кристалізуються вуглець, кремній, германій і сіра модифікація олова.

• Грати типу арсеніду галію виходять з грат типу алмазу у тому випадку, коли атоми Ga співпадають з вузлами одних гранецентрированих грат, а атоми As —с вузлами іншої (на рис. 1.1, г атоми Ga позначені світлими кухлями, а атоми As — темними).

Рис. 1.1. Елементарні осередки кубічних грат.

Дата добавления: 2014-01-07