Рис. 2. Температурная зависимость проводимости собственного полупроводника
Наиболее важные элементарные полупроводники и полупроводниковые соединения приведены в таблице.
Изоляторы, у которых ширина запрещенной зоны достаточно велика для того, чтобы ни один электрон, находящийся в валентной зоне, не мог ни при какой температуре, вплоть до температуры плавления, переброситься в зону проводимости, называются диэлектриками. Диэлектрики имеют очень высокое электрическое сопротивление. В полупроводниковой электронике большое практическое значение имеют диэлектрики, представляющие собственные оксиды полупроводников. Для кремния - это двуокись кремния SiO2, имеющая ширину запрещенной зоны 8 эВ.
Оценки показывают, что при ширине запрещенной зоны Eg > 2 эВ вероятность тепловой генерации электронно-дырочных пар становится бесконечно малой при всех доступных нам температурах, поэтому к диэлектрикам можно отнести все изоляторы, у которых Eg > 2 эВ. Однако следует помнить, что такая классификация подходит только к ІчистымІ беспримесным веществам, поскольку легирование диэлектриков, например, алмаза (Eg = 5,3 эВ) приводит к возникновению у них проводимости, характерной для полупроводников.
Существуют еще интересные с точки зрения зонной структуры кристаллы, которые имеют большое практическое значение.
Нередки случаи, когда при Т = 0 К зоны перекрываются очень незначительно. Благодаря этому число электронов и пустых мест в частично заполненных зонах очень мало: 10-3 - 10-5 на атом. Такие вещества обладают промежуточными между металлами и полупроводниками свойствами: при низких температурах они ведут себя, как металлы, а при высоких - как полупроводники. Их часто называют полуметаллами. Концентрация электронов в них изменяется в широких пределах n = 1018-1021 см-3. Характерными примерами таких веществ могут служить висмут, сурьма.
Сравнительно недавно был обнаружен особый класс веществ, строго занимающий промежуточное положение между металлами и полупроводниками - бесщелевые полупроводники - кристаллы, у которых расстояние между валентной зоной и зоной проводимости равно нулю. В бесщелевых полупроводниках нижняя заполненная электронами зона примыкает к верхней зоне, в которой при Т = 0 К вовсе нет электронов. К бесщелевым полупроводникам относятся теллурид ртути HgTe, а также серое олово a-Sn.
Следует отметить, что изменяя межатомное расстояние в полупроводниковых кристаллах под давлением, можно добиться перекрытия валентной зоны и зоны проводимости. При этом рассматриваемое вещество превратится из полупроводника в металл. Возможен и обратный случай - возникновение запрещенной зоны и переход металла в полупроводник при достаточно сильном изменении давления на образец. С ростом температуры кристалла за счет теплового расширения постоянная решетки увеличивается. Поэтому при повышении температуры у полупроводников, как правило, запрещенная зона уменьшается; в не слишком широкой области температур это уменьшение аппроксимируется линейным законом
При комнатной температуре ширина запрещенной зоны с ростом давления в Ge и GaAs увеличивается, а в Si - уменьшается.
Литература
1. Савельев И. В. Курс общей физики, T.5.-М.: Физматлит, 1998.
2. Киреев П.С. Физика полупроводников. –М.: Высшая школа, 1975.
3. Левинштейн. М. Е, Симин Г. С. Знакомство с полупроводниками. М.: Наука, 1984. 240 с.