Намунаҳои нимноқилҳо. Намудҳои, хосияти, барномаҳои амалии

Дар машҳури ин кремний нимноқилҳо (Si) мебошад. Аммо сарфи назар аз ӯ бисёр дигар нест. Намунаҳои табиӣ, аз қабили маводи нимноқилҳо инҳо мебошанд blende (ZnS), cuprite (ИГ ₂ O), galena (PBS) ва бисёр дигарон. Дар оилаи нимноқилҳо, аз ҷумла нимноқилҳо омода лабораторияҳои, ки яке аз синфҳои гуногун аз ҳама маводи маълум одам тасвир.

Тавсифи аз нимноқилҳо

nonmetals ки аз он 13 - Аз 104 унсурҳои ҷадвали даврии металлҳо 79, 25 элементҳои кимиёвӣ дорои хосиятҳои semiconducting ва 12 - dielectric. Хусусияти нимноқилҳо асосӣ иборат аст, ки гузаронандагии бо афзоиши ҳарорат ба таври назаррас меафзояд. Дар ҳарорати паст, чунин кунанд мисли изолятсионии, ва дар баланд - ҳамчун барандаи. Ин нимноқилҳо гуногун аз металлӣ доранд: муқовимат металлӣ мутаносибан ба баланд шудани ҳарорати меафзояд.

фарқияти дигар аз металл нимноқилҳо дар он аст, ки муқовимат аз нимноқилҳо кам зери таъсири нур, дар ҳоле, ки дар охирин филизӣ аст, таъсир намекунад. Ҳамчунин гузаронандагии аз нимноқилҳо, вақте ки ба як миқдори ночизи нопокӣ идора фарқ мекунад.

Нимноқилҳо байни пайвастагињои кимиёвї бо сохторҳои гуногун булӯр ёфт. Ин метавонад унсурҳои ба монанди кремний ва Селен, ё пайвастагињои дучандон монанди arsenide gallium. Бисёре аз пайвастагињои органикї, ба монанди polyacetylene, (CH) _о, - маводи нимноқилҳо. нимноқилҳо Баъзе намоиш магнитӣ (кредитҳо _1-х М.Н. _х САТ) ё хосиятҳои ferroelectric (SbSI). Дигар alloying бо superconductors кофӣ шудан (GeTe ва SrTiO _3). Бисёре аз superconductors-њарорати баланд нав ошкор гардида бошад, марҳилаи оҳанӣ semiconducting. Масалан, La ₂ CuO ₄ нимноқилҳо аст, аммо ташаккули хӯлаи бо SR sverhrovodnikom мегардад (La _1-х SR _{х) 2} CuO _4.

китобҳои дарсии физика дод муайян ҳамчун маводи нимноқилҳо, ки бо resistivity барқ аз аз 10 то 10 ^{-4 7} ohms · м. Шояд як таърифи алтернативӣ. Дар паҳнои банд ҳаром аз нимноқилҳо - аз 0 то 3 Е.В.. Металлҳо ва semimetals - маводи бо сифр холигии энергетика ва моҳияти ки дар он зиёда аз изолятсионии W Е.В. номида мешавад. истисноҳо вуҷуд дорад. Барои намуна, як алмос нимноқилҳо дорад васеи ҳаром минтақаи 6 Е.В., як нимсола рӯйпуш GaAs - 1,5 Е.В.. Ган, маводи барои дастгоҳҳои optoelectronic дар минтақаи кабуд, дорои паҳнои гурӯҳе ҳаром 3,5 Е.В..

фосила энергетика

orbitals Valence аз атоми дар lattice булӯр шудаанд, ба ду гурӯҳ аз сатҳи энергетикӣ тақсим - минтақаи озод, воқеъ дар сатҳи олӣ ва муайян гузаронандагии барқ аз нимноқилҳо, инчунин басомади valence, аз поён. Ин сатҳҳо, вобаста ба symmetry сохтори lattice булӯр ва атоми метавонанд бархўрд шавад ё аз якдигар хонем. Дар ин ҳолат аст, холигии энергетикӣ, ё ба ибораи дигар, дар байни минтаќањои банд ҳаром нест.

Ба макон ва сатҳи пур аст, аз ҷониби хосиятҳои катонро маводи муайян карда мешавад. Бино ба ин хусусият моҳият тақсим тарафи барандаи, изолятсионии, ва нимноқилҳо. Дар паҳнои банд ҳаром аз нимноқилҳо 0.01-3 Е.В., тафовути энергетикии dielectric аз 3 Е.В. фарқ мекунад. Металліои сабаби такрори сатњи норасоии нерӯи барқ нестанд.

Нимноқилҳо ва изолятсионии, ки дар муқоиса бо металлҳои, ки электрон доранд, банд valence ва наздиктарин минтақаи озод, ё банд гузаронидани пур, энергетика valence аст аз роц fenced - баҳрае energies ҳаром аз электрон.

Дар dielectrics энергияи гармӣ ва ё соҳаи барқ ночиз аст, кофӣ кунад Ҷаҳиш ба воситаи ин холигоҳ нест, ки электрон бояд банд гузаронидани намешавад. Онҳо натавонистанд ба воситаи lattice булӯр дар ҳаракат ҳастанд ва боркашонҳои аз ҷорӣ барқ гардад.

Барои ҷаҳд ба гузаронандагии барқ, як электрон дар сатҳи valence бояд энергетика, ки бошад, кофӣ барои ғолиб холигии энергетика дода шавад. Танҳо вақте ки ҳаҷми азхудкунии энергетикӣ аст, хурдтар аз арзиши холигии барқ нест, аз сатҳи электрон valence дар сатњи гузаронидани ба мегузарад.

Дар ин ҳолат, агар паҳнои холигии энергетика зиёд 4 Е.В., гузаронандагии нимноқилҳо шуоъзании excitation ё гармидиҳӣ амалан ғайриимкон аст, - энергетика excitation аз электрон дар ҳарорати обшавии аст, ки ба ҷаҳида холигии энергетика тавассути минтақаи кифоя нест. Вақте ки гудохта, ки чун булӯр шаффоф пеш аз гузаронандагии электронӣ гудохта. Чунин моддаҳои дохил методе (де = 5,2 Е.В.), алмос (де = 5,1 Е.В.), намакҳо бисёр.

Extrinsic ва intrinsic нимноқилҳо гузаронандагии

кристаллњо нимноқилҳо Net доранд, гузаронандагии intrinsic. Чунин нимноқилҳо номҳои дуруст. нимноқилҳо Intrinsic дорои шумораи баробари сӯрохиро ва электрон озод. Вақте гармидињї гузаронандагии intrinsic аз нимноқилҳо меафзояд. Дар ҳарорати доимии, як ҳолати маблағи equilibrium динамикии тавлидшуда ҷуфтҳои электрон-сӯрох ва шумораи recombining электрон ва сӯрохиҳои, ки дар зери ин шароити доимӣ боқӣ нест.

Дар ҳузури наҷосати назаррас гузаронандагии барқ аз нимноқилҳо таъсир мерасонад. Илова ба онҳо имкон медиҳад, хеле зиёд намудани шумораи электрон озод дар шумораи ками сӯрохиро ва зиёд намудани шумораи сӯрохиро бо шумораи ками электрон дар сатҳи гузаронидани аст. нимноқилҳо нопокӣ - аз барандаи доштани гузаронандагии нопокӣ аст.

Наҷосати ба осонӣ хайрияҳои электрон даъват донор. наҷосати донорӣ бошад, элементҳои кимиёвӣ бо атоми, сатҳи valence ба ки дорои электрон бештар аз атоми маводи пойгоҳи. Барои мисол, фосфор ва висмут - як наҷосати донор кремний.

Дар энергияи зарурӣ барои Ҷаҳиш як электрон дар минтақаи гузаронидани ин аст, энергетика фаъолсозӣ номида мешавад. нимноқилҳо нопокӣ лозим аст, ки бисёр камтар аз он аз маводи пойгоҳи. Бо гармидиҳӣ ночиз ё сабук асосан электрон аз атоми аз нимноқилҳо, палидиро аз озод карда мешавад. Ҷойгир тарк заррае мегирад як сӯрохи электрон. Аммо навшудаи сӯрохи электрон тавр сурат гирифта намешавад. гузаронандагии сӯрохи донорҳо ночиз аст. Ин аст, чунки миқдори ками атоми нопокӣ имкон намедиҳад, ки электрон озод аксаран ба сӯрохи наздиктар ва ба он нигоҳ доред. Электрон баъзе аз сӯрохи ҳастанд, аммо қодир ба онҳо пур аз сабаби сатҳи нокифояи энергетика.

A иловагии ночиз донор нопокӣ якчанд фармоиш шумораи электрон баргузории дар муқоиса бо шумораи электрон озод дар нимноқилҳо intrinsic меафзояд. Электрон дар ин ҷо - аз наылкунандагони асосии хароҷоти атом аз нимноқилҳо нопокӣ. Ин моддаҳои они н-навъи нимноқилҳо.

Наҷосати, ки бибандад электрон аз нимноқилҳо, афзоиши шумораи он сӯрохиҳои гуногунро дар он, даъват пазирандаи. наҷосати пазирандаи элементҳои кимиёвӣ, бо шумораи камтари электрон дар сатҳи valence аз пойгоҳи нимноқилҳо мебошанд. Бор, gallium, indium - нопокӣ пазирандаи дар кремний.

Дар хусусиятҳои нимноқилҳо вобаста камбудиҳои сохтори булӯр он мебошанд. Ин боиси зарурати парвариши кристаллњо хеле пок. Дар нишондињандањои гузаронидани нимноқилҳо, ки аз тарафи илова намудани dopants назорат. кристаллњо силикон doped бо фосфор (унсури зергурӯҳ V) аст, ки як донор барои эҷоди кремний булӯр н-намуди. Барои булӯр бо пазирандаи бор саҳ навъи кремний идора мешавад. Нимноқилҳо ҷуброн сатҳи Fermi ба он ҳаракат карда онро ба миёнаҷои холигии банд дар ин тарзи биёфарид.

нимноқилҳо ягона унсури

Дар нимноқилҳо бештар маъмул аст, албатта, кремний. Якҷоя бо Олмон, ки ӯ ба прототипи синфи зиёди нимноқилҳо, ки сохторҳои булӯр монанд буд.

булӯр Сохтори Si ва Ge ҳамон тавре, ки аз алмос ва α-сурб мебошанд. Ин иҳота ҳар як заррае 4 наздиктарин атоми, ки ташкил tetrahedron. Чунин ҳамоҳангсозии аст, чор маротиба номида мешавад. Кристаллњо tetradricheskoy вомбарг пойгоҳи пӯлод барои саноати электронӣ ва нақши калидии он дар технологияи муосир мебозанд. Баъзе аз V унсурҳои ва VI гурӯҳи Ҷадвали даврии низ нимноқилҳо мебошанд. Намунаҳои ин навъи нимноқилҳо - фосфор (P), сулфур (S), Селен (SE) ва tellurium (САТ). Ин нимноқилҳо метавонад атоми сегона (P), disubstituted (S, SE, САТ) ё ҳамоҳангсозии чор баробар. Дар натиҷа чунин унсурҳо метавонад ба чанде аз сохторҳои crystalline гуногун вуҷуд доранд, инчунин дар шакли шиша омода карда шавад. Масалан, SE дар сохторҳои булӯр monoclinic ва trigonal ё ҳамчун тиреза (ки онро низ метавон ҳамчун як полимерӣ баррасӣ карда мешавад) парвариш карда мешавад.

- Даймонд дорад, гузаронандагии аъло гармидиҳӣ, хосиятҳои механикӣ ва оптикии аъло, қувват механикӣ баланд. Дар паҳнои холигии энергетика - де = 5,47 Е.В..

- силикон - нимноқилҳо истифода дар офтобӣ, ва шакли нофаҳмои, - дар як офтобӣ лоғар-филми. Ин аст, ки бештар дар офтобӣ нимноқилҳо истифода бурда мешавад, осон ба истеҳсол, дорои хосиятҳои механикӣ барқӣ ва хуб. De = 1,12 Е.В..

- Germanium - нимноқилҳо истифода дар spectroscopy анвоъ-рентгенӣ, офтобӣ иҷрои баланд. Истифода бурда мешавад, ки дар diodes якум ва транзистор. Ин талаб мекунад, тоза камтар аз кремний. De = 0,67 Е.В..

- Селен - як нимноқилҳо, ки дар rectifiers Селен, ки дорои муқовимати радиатсионӣ баланд ва қобилияти худ шифо истифода бурда мешавад.

пайвастагињои ду унсури

Амволи аз нимноқилҳо ташкил унсурҳои 3 ва 4-и гурӯҳҳои Ҷадвали даврии ёхуд аз хосиятҳои пайвастагиҳои 4 гурӯҳи. Гузариш аз 4 гурӯҳи унсурҳои ба гузариш 3-4 грамм. Ин ба муоширати ќисман сабаби ionic электрон нақлиёт пандест аз заррае ба миқдори заррае 3 гурӯҳи 4 гурӯҳи. Ionicity тағйир хосиятҳои нимноқилҳо. Ин боиси зиёд дар Coulomb энергетикӣ ва ion-ion ҳамкории холигии энергетикӣ сохтори банд электрон. НАМУНАИ пайвастагињои дуӣ ин навъи - antimonide indium, InSb, GaAs gallium arsenide, gallium antimonide GaSb, indium phosphide InP, antimonide алюминий AlSb, gallium phosphide холигии.

Ionicity зиёд ва арзиши он гурӯҳҳои бештар дар пайвастагињои мерӯяд 2-6 пайвастагињои, ба монанди selenide ътадилкунанда, судфид синк, судфид ътадилкунанда, telluride ътадилкунанда, selenide руҳ. Дар натиҷа, аксари пайвастагиҳои 2-6 гурӯҳ беш аз 1 Е.В. ҳаром банд васеътари, ба истиснои пайвастагињои симоб. Меркурий Telluride - бе барқ нимноқилҳо холигии, нимсола-металл, монанди α-сурб.

Нимноқилҳо 2-6 гурӯҳ бо истифодаи пайдо холигии энергетикӣ калонтар дар истеҳсоли lasers ва намоиши. гурӯҳҳои дуӣ 6 2- мураккаб бо энергия холигии танг муносиб барои гирандагон инфрасурх. пайвастагињои дуӣ унсурҳои гурӯҳҳои 1-7 (CuBr cuprous бромид, AgI ҳисса нуқра, хлориди мис CuCl) бо сабаби ба ionicity баланд доранд, васеътар bandgap W Е.В.. Онҳо кор дар асл нимноқилҳо нест, ва изолятсионии. афзоиши Crystal биистад энергетика сабаби Coulomb ҳамкории interionic мусоидат атоми сохтори намак бо мақсади шашум ба ҷои quadratic ҳамоҳанг. Пайвастагињои 4-6 гурӯҳҳои - судфид, telluride ӯҳда, қалъагӣ судфид - ҳамчун нимноқилҳо. Ionicity ин моддаҳои низ мусоидат ҳамоҳангсозии ташаккули sixfold аст. Хеле ionicity ҳузури онҳо доранд, камбудиҳои гурӯҳе хеле танг манъ намекунад нест, ки онҳо метавонанд барои гирифтани радиатсияи инфрасурх истифода бурда мешавад. Gallium nitride - як гурӯҳи мураккаб 3-5 бо холигии энергетикӣ васеъ, пайдо кардани ариза дар lasers нимноқилҳо ва diodes сабук-нӯрпошӣ фаъолият дар қисми кабуд аз спектри.

- GaAs, gallium arsenide - дар бораи талабот баъд аз нимноқилҳо кремний дуюм аст, одатан ҳамчун як оксиген барои дигар барандаи, истифода бурда мешавад, барои мисол, GaInNAs ва InGaAs дар инфрасурх setodiodah, транзистор басомади баланд ва ICS, офтобӣ хеле самаранок, diodes лазерӣ, детекторҳои аз табобат ҳастаӣ. De = 1,43 Е.В., ки бењтар дастгоҳҳои барқи нисбат ба кремний. Резапайкар, дорои наҷосати бештар душвор истеҳсол.

- ZnS, руҳ судфид - намаки руҳ сулфид гидроген бо минтақаҳои банд ҳаром ва 3,54 3,91 Е.В., истифода бурда мешавад, дар lasers ва ҳамчун phosphor.

- SnS, қалъагӣ судфид - нимноқилҳо истифода дар photoresistors ва photodiodes, де = 1,3 ва 10 Е.В..

оксиди

Дар оксиди металлӣ бењтараш изолятсионии некӯ ҳастанд, аммо истисно нест. Намунаҳои ин навъи нимноқилҳо - оксиди никел, оксиди мис, оксиди Кобалт, диоксиди мис, оксиди оҳан, оксиди europium, оксиди руҳ. Азбаски гази мис ҳамчун cuprite маъданӣ вуҷуд дорад, хосиятњои он босуръат омӯхта шуданд. Тартиби барои парвариши ин намуди нимноқилҳо нест, ҳанӯз комилан равшан, то истифодаи онҳо ҳанӯз маҳдуд. Як истиснои оксиди руҳ (ZnO), гурӯҳҳои мураккаб 2-6, ҳамчун transducer ва дар истеҳсоли наворҳои илтиёмї ва андовачи истифода бурда мешавад.

Вазъият назаррас тағйир пас аз superconductivity дар бисёре аз пайвастагињои мис бо оксиген кашф гардид. Дар аввал superconductor ҳарорати баланд кушода Bednorz ва Мюллер, буд, нимноқилҳо мураккаб оид ба La ₂ CuO _4, тафовути энергетикии 2 Е.В. асос ёфтааст. Иваз кардани divalent trivalent lanthanum, барий ё стронсий, ҷорӣ ба наылкунандагон масъул нимноқилҳо сӯрохиро. Ноил консентратсияи сӯрохи зарурӣ месозад La ₂ CuO ₄ superconductor. Дар ин вақт, баландтарин ҳарорат гузариш ба давлати superconducting аз они мураккабтар HgBaCa ₂ ИГ ₃ Эй _8. Дар фишори баланд, арзиши он 134 К. аст

ZnO, varistor оксиди руҳ истифода бурда мешавад, кабуд diodes сабук-нӯрпошӣ, санҷандаҳо, газ, санҷандаҳоро биологӣ, coatings тирезаҳо инъикос нури инфрасурх, ҳамчун барандаи дар намоиши LCD ва батареяҳои офтобӣ. De = 3,37 Е.В..

кристаллњо биёфаридем

пайвастагињои Дучандон мисли ӯҳда diiodide, selenide gallium ва disulphide molybdenum фарқ сохтори булӯр биёфаридем. Дар қабатҳои ҳастанд ҳабс covalent қуввати назаррас, хеле қавитар аз Ван вомбаргҳои Waals байни қабатҳои худ. Нимноқилҳо чунин навъи ҷолиб аст, зеро ки электрон дар қабатҳои як қисман ду-ченака рафтор. Ҳамкории қабатҳои аст, бо ворид намудани атоми берун тағйир - intercalation.

MoS _2, disulfide molybdenum аст, ки дар детекторҳои басомади баланди, rectifiers, memristor, транзистор истифода бурда мешавад. De = 1,23 ва 1.8 Е.В..

нимноқилҳо органикӣ

Намунаҳои нимноқилҳо дар асоси пайвастагиҳои органикӣ - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) н,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. нимноқилҳо органикӣ доранд бар баъзе бартарӣ ғайридавлатӣ органикӣ: онҳо ба осонӣ хостем сифати дилхоҳро интихоб кунед. Моддаҳои занчирҳои conjugate ташкил = -C = C-C молики назарраси оптикии ғайридавлатӣ linearity ва вобаста ба ин, дар optoelectronics истифода бурда мешавад. Гузашта аз ин, энергетика холигии банд мураккаб нимноқилҳо органикии формула фарқ тағйири, ки хеле осонтар аст аз он ки аз нимноқилҳо анъанавӣ. allotropes Crystalline аз fullerenes карбон, graphene, nanotubes - низ нимноқилҳо.

- Fullerene дорои сохтори дар шакли як ugleoroda polyhedron convex пўшида, ҳатто шумораи атоми. A doping fullerene C ₆₀ бо металлӣ alkali онро табдил ба як superconductor.

- қабати monoatomic graphite карбон ташкил карда мешавад аст, дар як lattice hexagonal ду-ченака пайваст. Сабт дорад, гузаронандагии ва кӯчидани электрон, аз эҷодшуда баланд

- Nanotubes ба судї Ќўрѓонтеппа graphite доштани диаметри якчанд nanometers яди. Ин навъи карбон доранд, ваъдаи бузург дар nanoelectronics. Вобаста ба алоқаи метавонад оҳанӣ ё нимноқилҳо сифат.

нимноқилҳо магнитӣ

Пайвастагињои бо ions магнитӣ аз europium ва манган хусусияти магнитӣ ва semiconducting кунҷкобу. Намунаҳои ин навъи нимноқилҳо - судфид europium, europium selenide ва ҳалли сахт, чунин кредитҳо _1-х М.Н. _х САТ. Ба мазмуни ions магнитӣ таъсир ҳам моддаҳои намоиш хосиятҳои магнитӣ ба монанди ferromagnetism ва antiferromagnetism. нимноқилҳо Semimagnetic - як сахт магнитӣ нимноқилҳо ҳалли ки дорои ions магнитӣ консентратсияи паст аст. Чунин ҳалли сахти ҷалби диққати дурнамои худ ва имкониятҳои васеи барномаҳои имконпазир. Барои мисол, дар муқоиса ба нимноқилҳо ғайридавлатӣ магнитӣ, ки онҳо метавонанд як миллион маротиба калонтар ротатсияи Фарадей мерасад.

Таъсири magnetooptical қавӣ аз нимноқилҳо магнитӣ имкон истифодаи онњо барои талфиқи оптикӣ. Perovskites, ба монанди МН _0,7 Ca _0,3 Эй _3, хосиятњои он олӣ ба гузариш металлӣ-нимноқилҳо, ки вобастагии бевосита аз рӯи натиҷаҳои майдони магнитии дар зуҳуроти бузурги magneto-resistivity мебошанд. Онҳо дар радио, дастгоҳҳои оптикӣ, ки аз тарафи як майдони магнитии, ки дастгоҳҳои waveguide печи назорат бурда мешавад.

ferroelectrics нимноқилҳо

Ин кристаллњо навъи аст, ҳузури дар лаҳзаҳои барқӣ худ ва ба вуљуд омадани кундгаро стихиявї тавсиф карда мешавад. Масалан, чунин объектҳо ҳастанд нимноқилҳо боиси titanate PbTiO _3, барий titanate BaTiO _3, telluride germanium, GeTe, қалъагӣ telluride SnTe, ки дар њарорати паст доранд, хосиятҳои ferroelectric. Ин мавод дар ғайрихаттӣ оптикӣ, санҷандаҳоро piezoelectric ва дастгоҳҳои хотира истифода бурда мешавад.

A гуногуни маводи нимноқилҳо

Ба ғайр аз маводи нимноқилҳо дар боло зикршуда, бисёр дигарон, ки дар зери яке аз ин намуди дучор нашавед нест. Пайвастагињои аз формулаи 1-3-5 унсурҳои ₂ (AgGaS ₂₎ ва 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ сохтори булӯр chalcopyrite ташкил медиҳанд. Иртибот бо пайвастагињои tetrahedral нимноқилҳо шабеҳ 3-5 ва 2-6 гурӯҳҳои бо руҳ сохтори булӯр blende. Пайвастагињои, ки ташкил элементҳои нимноқилҳо 5 ва 6 гурӯҳ (монанд ба тавре ₂ SE _3), - ба нимноқилҳо дар шакли шиша ва ё шиша. Chalcogenides аз висмут ва сурма дар генераторҳои нимноқилҳо thermoelectric истифода бурда мешавад. Хосиятҳои ин навъи нимноқилҳо аст, хеле ҷолиб, вале онҳо маъруфияти сабаби ба аризаи маҳдуд ба даст намеояд. Бо вуҷуди ин, он, ки онҳо вуҷуд доранд, тасдиқ ҳузури ҳанӯз пурра тафтиш соҳаи физикаи нимноқилҳо нест.