Общие сведения о полупроводниках.

Сопряжение в органических молекулах и их полупроводниковые свойства.

Физика и химия функциональных материалов обладающих полупроводниковыми свойствами, представляет собой раздел науки, в котором исследуются электрические, оптические, магнитные, тепловые и другие свойства данных соединений – широкого класса неорганических и органических веществ, а также структур на их основе. Свойства полупроводников сильно зависят от внешних воздействий, а также наличия атомов примеси и собственных дефектов структуры (кристаллической решётки). С открытия Фарадеем в 1833 г. полупроводниковых свойств у Ag₂S их отличительным признаком остаётся увеличение концентрации носителей заряда при нагревании, которое приводит к уменьшению электрического сопротивления материала. В отличие от металлов (проводников электричества), для полупроводников характерна чувствительность к свету (фотопроводимость, люминесценция), электрическому полю (нелинейные электрические свойства, электрический пробой), ионизирующему излучению и т.д. Полупроводники оптимально сочетают чувствительность к внешним воздействиям и возможность контролируемого формирования в них элементов с различающимися свойствами. Благодаря этому физика и химия полупроводников служит научным фундаментом для опто-, микро- и наноэлектроники, во многом определяющих технический прогресс современного общества. Изучение органических полупроводников вызывает сейчас наибольший интерес, так как с данными исследованиями связаны многие перспективные разработки, такие как создание OLED – дисплеев, светочувствительных материалов (например, для процессов записи информации), в микроэлектронике, для изготовления различного рода датчиков. Исследование органических полупроводников (полимеров, ион-радикальных солей, комплексов с переносом заряда) также важно для понимания процессов преобразования и переноса энергии в сложных физико-химических системах и, в особенности в биологических тканях. С органическими полупроводниками, в частности с ион-радикальными солями, связана перспектива создания сверхпроводников с высокой критической температурой.

Общие сведения о полупроводниках.

К классу полупроводников относят большую группу твёрдых тел, удельная проводимость которых при комнатной температуре (T=300K) изменяется в очень широких пределах. Числовое значение этой величины: (10^-13-10^-1 Oм^-1.см^-1) значительно выше, чем у изоляторов: (10^-26-10^-14 Oм^-1.см^-1), но намного ниже, чем у металлов: (1-10² Oм^-1.см^-1). Если твёрдые тела классифицировать по механизму электропроводности, то нетрудно установить, что между полупроводниками и изоляторами (диэлектриками) не существует принципиального различия. Характерной особенностью полупроводников, отличающей их от металлов, является возрастание электропроводности с ростом температуры, причём, как правило, в достаточно широком интервале температур возрастание происходит экспоненциально. С повышением температуры тепловое движение разрывает связи электронов, и часть их, пропорциональная , становится свободными носителями тока. Связь электронов может быть также разорвана не только тепловым движением, но и различными внешними воздействиями: светом, потоком быстрых частиц, сильным электрическим полем и т.д. Поэтому для полупроводников характерна высокая чувствительность электропроводности к внешним воздействиям, а также к содержанию примесей и дефектов в кристаллах, поскольку во многих случаях энергия E_A для электронов, локализованных вблизи примесей или дефектов, существенно меньше, чем в идеальном кристалле данного полупроводника. Возможность в широких пределах управлять электропроводностью полупроводников изменением температуры, введением примесей и т. д. является основой их многочисленных и разнообразных применений. Различают собственную и примесную проводимости полупроводников. Важнейшее свойство полупроводников – возможность изменять свою электрическую проводимость под воздействием различных факторов: температуры, освещения, радиоактивного излучения и др. Полупроводники представляют собой весьма многочисленный класс материалов. В него входят сотни самых разнообразных веществ – как элементов, так и химических соединений. Полупроводниковыми свойствами могут обладать как неорганические, так и органические вещества, кристаллические и аморфные, твердые и жидкие, немагнитные и магнитные. Несмотря на существенные различия в строении и химическом составе, материалы этого класса роднит одно замечательное качество- способность сильно изменять свои электрические свойства под влиянием небольших внешних энергетических воздействий. Одна из возможных схем классификации полупроводниковых материалов приведена на рис.1.

Рис. 32. Классификация полупроводниковыхматериалов по составу и свойствам.

Различие между полупроводниками и диэлектриками является скорее количественным, чем качественным. Точнее было бы говорить о полупроводниковом состоянии неметаллических веществ, не выделяя полупроводники в особый класс, а к истинным диэлектрикам относить лишь такие, у которых в силу больших значений E_A и малых s₀ электропроводность могла бы достигнуть заметных значений только при температурах, при которых они полностью испаряются.