СТРУКТУРНЫЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛОВ - СТРУКТУ́РНЫЕ ТИ́ПЫ КРИСТА́ЛЛОВ, неорганических соединений, закономерное пространственное расположение атомов, ионов (иногда молекул), составляющих кристаллические вещества. Расшифровка структуры кристаллов - одна из основных задач кристаллографии. Основными методами исследования кристаллических структур являются рентгеновский структурный анализ (см. РЕНТГЕНОВСКИЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ), нейтронография, электронография.

Кристалл с определенной химической формулой имеет присущую ему кристаллическую структуру, обладающую трехмерной периодичностью - кристаллической решеткой (см. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА). Структура кристалла - это конкретное расположение частиц в пространстве. В большинстве неорганических соединений имеет место взаимное проникновение бесконечных укладок из катионов и анионов. Геометрическое описание конкретной кристаллической структуры состоит в указании координат центров атомов в элементарной ячейке кристалла, что позволяет определять межатомные расстояния и изучать геометрические особенности кристаллической структуры. Задача классификации - одна из основных задач кристаллохимии на современном этапе. В настоящее время выделено уже более тысячи структурных типов, однако они охватывают лишь несколько процентов известных кристаллических структур.

В международной классификации по группам структур принята следующая классификация:

А - элементы;

В - соединения типа АВ (например, NaCl, CsI);

С - соединения типа AB₂ (CaF₂, TiO₂);

D - соединения типа AnBm (Al₂O₃);

E - соединения, образованные больше, чем двумя сортами атомов без радикалов или комплексных ионов (например, CuFeS);

F -структуры соединений с двух- или трехатомными ионами (KCNS, NaHF₂);

G - соединения с четырехатомными ионами (CaCO₃, NaClO₃);

H - соединения с пятиатомными ионами (CaSО₄^.2H₂O, CaWO₄);

L - сплавы;

S -силикаты.

Разновидности типов внутри группы различаются номерами.

Основные структурные типы.

Понятие структурный тип - один из критериев сходства или различия строения кристаллов. Обычно структурный тип относят к названию одного из веществ, кристаллизующихся в нём. Структуры кристаллов, принадлежащих к одному структурному типу, одинаковы до подобия. Структурный тип в кристаллографии определяет относительное расположение частиц (атомов или атомных групп) в кристалле, без указаний абсолютных расстояний между ними. Чтобы описать конкретную структуру, надо указать структурный тип и параметры структуры.

К важнейшим и распространенным структурным типам относятся: структура меди (см. МЕДЬ) (тип А), структура вольфрама (см. ВОЛЬФРАМ) (тип А 2), структура магния (см. МАГНИЙ) (тип А 3), структура алмаза (см. АЛМАЗ (минерал)) (тип А 4), структура графита (см. ГРАФИТ) (тип А 9), структура каменной соли (см. КАМЕННАЯ СОЛЬ) (тип В 1), структура перовскита (см. ПЕРОВСКИТ) (тип Е 2), структура шпинели (см. ШПИНЕЛЬ (минерал)) (тип Н 11).

Структура меди

В структурном типе меди кристаллизуются очень многие металлы: золото, серебро, никель, алюминий, кальций, торий, свинец и др. Все эти металлы сравнительно мягкие, пластичные, легко обрабатываются. Многие из них образуют непрерывные ряды твердых растворов (см. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ), например, Ag-Au, Cu-Au. Структурой типа меди обладают также интерметаллические соединения AuSb, Au₂Bi, Au₂Pb, Cu₂Mg, Bi₂K, ZrH, TiH и др.

Элементарная ячейка меди - кубическая, гранецентрированная. Атомы располагаются в вершинах и центрах граней F -ячейки. На элементарную ячейку приходится 4 атома. Каждый атом окружен 12 ближайшими атомами, координационное число (к.ч.) =12. Координационный многогранник - кубооктаэдр. В структуре имеется одна правильная система точек с кратностью 4. Плотнейшие слои 1 перпендикулярны направлениям . Плотнейшая упаковка кубическая трехслойная ….АВСАВх.Пространственная группа Fm3m.

Структура магния

В структурном типе магния кристаллизуются гексагональные металлы: кадмий, бериллий, таллий, титан, никель, хром и др. Эта структура также характерна для интерметаллических соединений AgCd, AgCd₃, AuCd, AuCd₃, CuCd₃, AgZn₃, AuZn₃, NiMo, TiH, W₂С и др.

Элементарная ячейка магния - элементарная примитивная. Центры атомов располагаются по вершинам правильных шестиугольников: в трех вершинах - через одну, - атомы верхнего слоя, в трех других вершинах - атомы нижнего слоя. Элементарная ячейка построена на трех трансляциях, две из которых лежат в плотно упакованном слое атомов и составляют между собой угол = 120^о, третья перпендикулярна этому слою. Элементарную ячейку можно разделить плоскостью на две тригональные призмы. В центре одной из призм расположен атом, другая свободна, заселенные и пустые призмы чередуются между собой. На элементарную ячейку приходится два атома магния.

Каждый атом магния окружен двенадцатью ближайшими атомами: шестью - в том же слое, тремя в соседнем слое сверху и тремя в соседнем слое снизу, к.ч.=12. Плотные слои - плоскости базиса (0001), упаковка гексагональная, двухслойная ….АВАВАВАВ…. Кристаллы металлов с плотно упакованной гексагональной структурой легче всего деформируются по плоскостям (0001) и направлениям , соответствующим наиболее плотной упаковке атомов. Координационный многогранник - гексагональный кубооктаэдр. Пространственная группа магния Р6₃/mmc.

Структура вольфрама

К структурному типу вольфрама (тип ОЦК-металлов) относятся тугоплавкие металлы: хром, ванадий, молибден, ниобий, тантал, -кобальт, -железо, титан, цирконий, гафний, щелочные элементы - литий, натрий, калий, рубидий, цезий, щелочноземельные - кальций, стронций, барий, актиниды - уран, нептуний, плутоний. Из интерметаллических соединений в ОЦК-структуре кристаллизуются AgZn, Cu₃Al, CoAl, Cu₅Sn, LiAg, LiAl, TaH и др.

В объемно-центрированной кубической ячейке вольфрама атомы располагаются по вершинам и в центре ячейки, т.е. на одну ячейку приходится два атома. ОЦК-структура не является плотнейшей упаковкой атомов. Коэффициент компактности равен 0,68. Пространственная группа вольфрама Im3m.

Структура каменной соли

В структуре галита кристаллизируются почти все галогениды щелочных металлов (LiF, LiCI, NaF, RbF, RbCI.), кроме галогенидов цезия, и окислы щелочноземельных элементов (MgO, CaO и др.). Структурой типа NaCl обладают также оксиды переходных элементов TiO, MnO, FeO, NiO, нитриды и карбиды переходных подгрупп Ti и V, галоиды серебра AgCl, AgBr, AgF, сульфиды и селениды свинца и теллура. В структуре NaCl кристаллизуются полупроводниковые соединения группы A^IVB^VI (GeTe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe).

Структуру типа NaCl можно описать как две кубические гранецентрированные решетки, сдвинутые одна относительно другой так, что узел одной ячейки совпадает с узлом 1 другой ячейки. Структура NaCl характеризуется гранецентрированной F- ячейкой Браве (см. БРАВЕ РЕШЕТКИ). В структурном типе галита NaCI и катионы, и анионы расположены по закону кубической плотнейшей упаковки. Каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора, а каждый ион хлора окружен шестью ионами натрия. Координационное число к.ч. NaCl = к.ч. ClNa =6. координационный многогранник - октаэдр. Пространственная группа Fm3m.

Структура алмаза

В структурном типе алмаза кристаллизуются важнейшие элементарные полупроводники - германий, кремний, серое олово.

Тип ячейки Браве - гранецентрированная кубическая (ГЦК). Атомы углерода занимают все узлы ГЦК-ячейки, а также центры половины октантов, на которые можно разѐؑ‘̠куб, причем заполненные и незаполненные октанты чередуются в шахматном порядке. Это выглядит так, как если бы в элементарную ГЦК-ячейку вдвинули вторую такую же ячейку, так, что узел одной ячейки совпадает с узлом 4144 другой ячейки. Каждый атом окружен четырьмя такими же атомами, располагающимися по вершинам тетраэдра. Расположение атомов таково, что каждый из них окружен четырьмя равноотстоящими ближайшими атомами, к.ч. = 4, к.м. - тетраэдр. На одну элементарную ячейку приходится восемь атомов. Все атомы относятся к одной правильной системе точек. Ковалентные связи направлены вдоль направления . Коэффициент компактности решетки алмаза равен 0,34, т. е. вдвое меньше, чем у ОЦК. Междоузлия представляют собой тетраэдрические пустоты. Радиус сферы, вписанный в междоузлия велик и близок к радиусу атома 0,885Rат. Такая рыхлость решетки, обусловленная направленностью связей, существенно сказывается на особенностях образования точечных дефектов, растворимости и диффузии примесей в алмазоподобных полупроводниках. Пространственная группа структуры алмаза Fd3m.

Структура графита

Графит - гексагональная модификация углерода. Структура графита слоистая, причем каждый из чередующихся слоев (0001) построен по одному и тому же закону из гексагональных ячеек. Каждый слой смещен по отношению к двум соседним, точно повторяющим друг друга, на половину большой диагонали гексагона. Структура двухслойная с чередованием слоев,….АВАВАВ… Каждый из слоев состоит из гексагональных ячеек. Под незаполненным слоем одного гексагона лежит вершина гексагона следующего слоя. Третий слой повторяет первый. В элементарной ячейке содержатся четыре атома. В структуре графита есть две правильные системы точек с кратностью 2. Пространственная группа структуры графита P6₃/mmc.

В кристаллах со слоистой структурой очень сильно различие физических свойств вдоль и поперек главной оси симметрии.

Структура сфалерита и вюрцита

Сульфид цинка ZnS кристаллизуется в виде кубического сфалерита (цинковой обманки) или гексагонального вюрцита. Такие структуры характерны для многих полупроводниковых кристаллов A^IIIB^V (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.), A^IIB^VI (CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe).

Структура сфалерита относится к гексатетраэдрическому классу кубической сингонии. По расположению атомов в пространстве она подобна структуре алмаза, однако из-за наличия атомов двух сортов не содержит центра инверсии. Это гранецентрированная кубическая решетка, в которой заселена половина тетраэдрических пустот. В сфалерите атомы одного сорта (например, серы) занимают узлы ГЦК-ячейки, а атомы другого (например, цинка) - центры четырех октантов. Структуру сфалерита можно описать как две ГЦК-решетки - серы и цинка, смещенные друг относительно друга на четверть диагонали кубической ячейки, или как плотнейшую упаковку ионов серы, смещенную на такое же расстояние от аналогичной упаковки ионов цинка. Атомы цинка и серы находятся во взаимозаменяемых положениях и образуют две правильные системы точек, каждая имеет кратность 4. В структуре сфалерита ряд кристаллографических плоскостей и направлений полярен. Поверхности А 1 и В в алмазоподобных полупроводниковых фазах характеризуются различными поверхностными химическими связями. Возможные простые формы - куб, ромбический додекаэдр и тетраэдр. Пространственная группа сфалерита Fm. Этот структурный тип характерен для соединений с ковалентными связями; в нём кристаллизируются также CuCI, Cul, HgS.

Структура вюрцита - гексагональная. Гексагональная призма составлена из шести элементарных тригональных призм. Ионы одного элемента располагаются в вершинах гексагональной призмы, в центрах ее базисных граней и в центрах трех тригональных призм, а ионы второго элемента - в тех же трех тригональных призмах и на всех вертикальных ребрах гексагональной призмы. Плотнейшая упаковка в структуре вюрцита образована параллельными слоями анионов. Каждый анион окружен анионами. Катионы находятся между четырьмя анионами на равных расстояниях от них, заполняя половину тетраэдрических пустот. Пространственная группа структуры 6mm, ось 6 - полярное, единичное направление. Поэтому в кристаллах со структурой вюрцита анизотропия свойств выражена сильнее, чем в сфалерите.

Структура перовскита

Структура типа перовскита CaTiO₃ и изоморфных ему соединений BaTiO₃, CaZrO₃, PbTiO₃ характерна для многих сегнетоэлектрических кристаллов (см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ). Структура типа перовскита характерна для высокотемпературной параэлектрической фазы обширного семейства соединений АВХ3 в тех случаях, когда размеры иона В позволяют ему разместиться в октаэдрах из ионов Х, а большой катион А по своим размерам близок к ионам Х.

В элементарной ячейке перовскита ионы титана занимают вершины, ионы кислорода помещаются в серединах ребер, а ион кальция - внутри ячейки. Несмотря на то, что внутри ячейки имеется ион, решетка не объемно-центрированная, а примитивная, трансляций внутри объема нет, ион кальция принадлежит ячейке целиком.

В структуре имеются три правильные системы точек: титана с кратностью 1, кальция с кратностью 1, кислорода с кратностью 3. Ионы титана связываются друг с другом трансляциями a, b, c, ионы кислорода - плоскостями зеркального отражения.

В структуре перовскита на 4N шаров плотнейшей упаковки (1 ион кальция и 3 иона кислорода) приходится N катионов титана, которые располагаются в октаэдрических пустотах между кислородно-титановыми октаэдрами. Пространственная группа Pm3m.

Структура шпинели

Структура шпинели MgAl2O4 характерна для соединений типа X²⁺₂Y²⁺₂O^2-₄, где X и Y - катионы, из которых хотя бы один элемент принадлежит к группе переходных элементов, O - кислород (известны также шпинели, в которых анионами являются F^-, Cl^-, CN^-, S^-₂, Se^-₂, Te^-₂). В обычных шпинелях катион X является двухвалентым (Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺), катион Y - трехвалентным (Al³⁺, V³⁺, Cr³⁺, Mn³⁺). Структура шпинели характерна для ферритов (см. ФЕРРИТЫ).

Кристалл шпинели имеет ГЦК-решетку, в узлах которой расположены анионы, образующие плотнейшую кубическую трехслойную упаковку. Катионы расположены в междоузлиях, заполняя их частично. Элементарная ячейка шпинели - куб с удвоенным ребром: она состоит из 8 катионов X, 16 катионов Y и 32 анионов, т.е. на элементарную ячейку приходится восемь формульных единиц. Каждый анион окружен одним X- и тремя Y-катионами. В структуре шпинели имеются две различные катионные подрешетки: тетраэдрическая или А-подрешетка, и октаэдрическая, или В-подрешетка. Координационное число аниона в решетке шпинели равно 12, координационное число катиона в тетраэдрическом положении 4, в октаэдрическом положении 6. Катионное распределение по подрешеткам А и В определяется типом химических связей, которые возникают между атомами катионов и атомами кислорода, т.е. природой катиона.

Существуют разновидности структуры шпинели: нормальные и обращенные. В нормальных шпинелях катионы Х²⁺ занимают тетраэдрические А- , а катионы Y³⁺ октаэдрические В-междоузлия, так что общая формула X²⁺Y³⁺₂O^2-₄, в обращенных шпинелях октаэдрические междоузлия заняты двумя сортами катионов: все катионы Х²⁺ занимают В-положения, половина катионов Y³⁺ тоже находится в В-положениях, а вторая половина - в А-положениях, так что общая формула будет X⁴⁺₄Y²⁺₂O^2-₄. К обращенным шпинелям относятся MgFe₂O₄, CoFe₂O₄, Fe₃O₄(Fe^.Fe₂O₄), NiFe₂O₄. Существует ряд шпинелей, промежуточный между нормальными и обращенными. Пространственная группа для структуры шпинелей Fd3m.

Составить слова из слова структурные типы кристаллов

СЛОЖНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ - СЛО́ЖНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ́, неорганические химические соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ). К сложным полупроводниковым материалам относятся также аморфные и стеклообразные полупроводники (см. АМОРФНЫЕ И СТЕКЛООБРАЗНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ).

К двойным полупроводниковым фазам относятся двойные полупроводниковые соединения и твердые растворы на их основе. Химические связи в этих фазах смешанные с преобладанием ковалентной, иногда это ковалентно-ионно-металлические связи, реже - ковалентно-ионные. Двойные алмазоподобные полупроводниковые фазы возникают при образовании sp³-гибридных химических связей и для них характерно тетраэдрическое расположение атомов в первой координационной сфере. К двойным алмазоподобным фазам относятся многие соединения классов A^IIIB^V, A^IIB^VI, A^IB^VII, A^III2B^VI3, твердые растворы на основе этих соединений, а также карбид кремния (см. КРЕМНИЯ КАРБИД), который является единственным бинарным соединением, образованным полупроводниковыми элементами IV группы. Широкое применение в полупроводниковом приборостроении имеют двойные полупроводниковые соединения A^IIIB^V, A^IIB^VI, A^IVB^VI.

Полупроводниковые соединения A III B V

Являются ближайшими электронными аналогами кремния и германия, относятся к алмазоподобным полупроводникам. Образуются в результате взаимодействия элементов IIIА подгруппы Периодической системы (бора, алюминия, галлия, индия) с элементами VА подгруппы (азотом, фосфором, мышьяком и сурьмой). Висмут и таллий не образуют соединений рассматриваемого ряда. За счет частичного перераспределения электронов атомы A^III и B^V в такой структуре оказываются разноименно заряженными. Поэтому связи в кристаллах A^IIIB^V не полностью ковалентные, а частично ионные. Соединения A^IIIB^V принято классифицировать по металлоидному ряду: нитриды, фосфиды, арсениды, антимониды. Фосфиды, арсениды и антимониды имеют кристаллическую кубическую решетку типа сфалерита (см. СФАЛЕРИТ). Для нитридов характерна гексагональная решетка типа вюрцита. В решетке того и другого типов каждый атом элемента III группы находится в тетраэдрическом окружении четырех атомов элемента V группы и наоборот. Структура сфалерита не имеет центра симметрии.

В кристаллах A^IIIB^Vреализуется донорно-акцепторная связь. Из четырех ковалентных связей, которыми каждый атом встраивается в решетку, три образуются обобществлением валентный электронов атомов A^III и B^V, а четвертая связь осуществляется неподеленной парой валентных электронов атомов B^V.

За исключение антимонидов все соединения разлагаются при нагревании. Температура плавления соединений лежит выше температуры плавления образующих его компонентов (исключение - антимонид индия (см. ИНДИЯ АНТИМОНИД)).

Полупроводниковые соединения образуют гомологический ряд, в котором наблюдается закономерное изменение многих свойств при изменении атомных номеров компонентов. Внутри каждой группы соединений аналогов (фосфидов, арсенидов и антимонидов) наблюдается уменьшение температуры плавления, твердости и ширины запрещенной зоны с ростом суммарного атомного номера и атомных масс входящих в соединение элементов и возрастание подвижности носителей заряда, особенно электронов. Подвижность носителей заряда в полупроводниках A^IIIB^V определяется в основном рассеянием электронов и дырок на оптических тепловых колебаниях решетки.

Основным методом промышленного получения монокристаллов соединений A^IIIB^V является метод Чохральского, для разлагающихся соединений в варианте с жидкостной герметизацией расплава (см. методы выращивания кристаллов (см. МЕТОДЫ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ)). Используются также методы направленной кристаллизации. Легирование кристаллов с целью получения необходимых электрофизических свойств осуществляется в процессе выращивания.

Наиболее широко применение среди этой группы материалов имеют арсенид галлия (см. ГАЛЛИЯ АРСЕНИД) и фосфид индия (см. ИНДИЯ ФОСФИД). Для изготовления ряда приборов электронной техники применяются также арсенид индия (см. ИНДИЯ АРСЕНИД), антимонид индия (см. ИНДИЯ АНТИМОНИД), антимонид галлия (см. ГАЛЛИЯ АНТИМОНИД) и другие материалы.

Соединения A^IIIB^Vиспользуются в производстве полупроводниковых приборов различного назначения: СВЧ-интегральные схемы, светодиоды, фоторезисторы, лазеры, приемники ИК-излучения, туннельные диоды и др.

На основе соединений A^IIIB^V образуются твердые растворы замещения. При изменении состава твердого раствора можно управлять шириной запрещенной зоны соединений. Изменение ширины запрещенной зоны сопровождается соответствующим смещением спектров оптического поглощения и пропускания, люминесценции и фоточувствительности. С изменением состава твердого раствора изменяются значения диэлектрической проницаемости и показателя преломления в ряде систем при определенных соотношениях между компонентами можно получить качественно новое сочетание свойств. Например, в твердых растворах GaAs_1-yP_y и Al_xGa_1-xAs сочетаются достаточно широкая запрещенная зона и высокий квантовый выход межзонной излучательной рекомбинации. На основе тройных и четверных твердых растворов соединений A^IIIB^Vсоздаются гетеропереходы (см. ГЕТЕРОПЕРЕХОД) и приборы на их основе.

Полупроводниковые соединения A II B VI

К соединениям A^IIB^VI относят халькогениды цинка, кадмия и ртути. Среди них выделяют сульфиды, селениды и теллуриды. Оксиды указанных металлов в эту группу полупроводниковых соединений не входят (см. Оксидные полупроводники (см. ОКСИДНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ)). Соединения A^IIB^VI являются алмазоподобными полупроводниками и кристаллизуются в структуре сфалерита или вюрцита. CdS, CdSe, CdTe, ZnS могут существовать как в кубической структуре сфалерита, так и в гексагональной структуре вюрцита.

Химическая связь носит смешанный ковалентно-ионный характер. Ионная составляющая связи в этих соединениях достигает 45-70%. Большая доля ионной составляющей связи в соединениях A^IIB^VI по сравнению с полупроводниками A^IIIB^V обусловлена большими различиями в электроотрицательности (см. ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ) элементов, образующих соединение. Это приводит к большим значениям ширины запрещенной зоны и более низким значениям подвижности носителей заряда в рядах изоэлектронных аналогов (см. ИЗОЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛОГИ). С ростом средней атомной массы во всех трех гомологичных рядах закономерно уменьшается ширина запрещенной зоны и температура плавления соединений. В ряду халькогенидов сульфиды - селениды - теллуриды уменьшается температура плавления, ширина запрещенной зоны, удельное сопротивление, подвижность носителей заряда возрастает.

Один из основных механизмов образования фаз переменного состава на основе этих соединений (особенно в случае соединений с большой шириной запрещенной зоны) состоит в том, что избыточные атомы компонентов располагаются в узлах своей подрешетки, а в другой подрешетке возникают вакансии, образуются растворы вычитания (см. твердые растворы (см. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ)). Удельное сопротивление и тип проводимости в этих соединениях определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического. Избыток металлической составляющей обуславливает электронную проводимость, избыток халькогенов - дырочную.

Большинство соединений A^IIB^VI относится к технологически трудным материалам. Высокие температуры плавления и большие значения упругости пара составляющих компонентов затрудняют получение совершенных монокристаллов. Поликристаллические халькогениды обычно получают путем их осаждения из растворов (ZnS, CdS,CdSe) или сплавлением исходных компонентов (ZnSe, ZnTe, CdTe), монокристаллические - направленной кристаллизацией, сплавлением компонентов или выращиванием из расплава или с помощью химических реакций в газовой фазе.

Халькогениды обладают высокой чувствительностью к излучению в области от инфракрасной до рентгеновской. У них достаточно сильно проявляются фоторезистивные и люминесцентные свойства, некоторые их них обладают пьезоэлектрическим эффектом.

Монокристаллы ZnS и спеченные поликристаллические блоки обладают высокой прозрачностью в области ИК-спектра, и используются в качестве входных окон и линз в оптико-электронных устройствах. Наличие пьезоэлектрического эффекта у пленок ZnS позволило применять их в некоторых акустических устройствах. Сульфид цинка (ZnS) и сульфид цинка-кадмия Zn_XCd_1-XS используются для изготовления квантоскопов голубого и синего цвета излучения, квантоскопов и приемников УФ-излучения.

Селенид цинка ZnSe проявляет фоторезистивные, фото- и электролюминесцентные свойства, имеет высокую прозрачность в ИК-области. Оптическую керамику на основе ZnSe применяют для изготовления входных окон и линз в оптико-электронных устройствах. Теллурид цинка ZnTe обладает электролюминесцентными и фоторезистивными свойствами.

Наилучшие солнечные элементы на основе CdTe включают гетеропереход с CdS в качестве оконного слоя. Оксид олова используется как прозрачный контакт и просветляющее покрытие. p-i-n-структуры с гетеропереходом CdTe/ZnTe обладают высокой подвижностью носителей заряда, а солнечные элементы на их основе - высокими значениями КПД, от 10 до 16%.

Теллурид кадмия (CdTe) и теллурид цинка-кадмия (CdZnTe) используются для изготовления электрооптических модуляторов, приемников радиационного и ИК-излучения и других оптических элементов ИК-оптических систем. Селенид кадмия, сульфид и сульфоселенид кадмия используются для изготовления преобразователей длин волн лазерного излучения, квантоскопов красного, оранжевого, желтого и зеленого цвета излучения.

Полупроводниковые соединения A IV B VI

Соединения этого класса кристаллизуются либо в кубической структуре типа NaCl (PbS, PbSe, PbTe, SnTe, высокотемпературная модификация GeTe), либо в орторомбической структуре, которую можно рассматривать как деформированную решетку типа NaCl (GeS, GeSe, низкотемпературная модификация GeTe, SnS, SnSe). Связи между атомами в соединениях этого типа смешанные ионно-ковалентные.

Основное применение в полупроводниковом приборостроении имеют кристаллы халькогенидов свинца PbS, PbSe, PbTe. Это узкозонные полупроводники, ширина запрещенной зоны составляет, соответственно для PbS, PbSe, PbTe - 0,39, 0,27 и 0,32 эВ. Электрофизические свойства халькогенидов свинца сильно зависят от степени отклонения от стехиометрии: при избытке атомов свинца кристаллы имеют n-тип проводимости, при избытке халькогена - р-тип проводимости. Атомы элементов I группы (Na, Cu, Ag), замещают свинец и являются акцепторами, атомы трехвалентных металлов, заменяя свинец, являются донорами, донорами в этих материалах являются атомы галогенов.

Энергетические уровни большинства примесей в халькогенидах свинца сливаются с краем соответствующей зоны, поэтому концентрация носителей заряда в них практически не зависит от температуры, вплоть до наступления собственной электропроводности.

Тонкие пленки и поликристаллические слои халькогенидов свинца обладают высокой фоточувствительностью в далекой ИК-области спектра. Благодаря хорошим фотоэлектрическим свойствам халькогениды свинца используются для изготовления фоторезисторов и применяются в качестве детекторов ИК-излучения. Тонкопленочные детекторы на основе сульфида свинца работают в спектральном интервале 0,6-3 мкм и интервале температур 77-350 К в зависимости от предъявляемых требований и особенностей их применения. В список наиболее распространенных областей применения ИК-фотоприемников на основе сульфида свинца (PbS) входят звездные, спектрографические датчики, медицинские, исследовательские инструменты, сортирующие, счетные, контролирующие приборы, регистраторы пламени, системы определения положения тепловых источников, управление ракетами, следящие системы, исследования в области летательных аппаратов, измерение мощности в лазерных системах.

При низких температурах в халькогенидах свинца возможна эффективная излучательная рекомбинация, что позволяет создавать на их основе лазеры инжекционного типа. Халькогениды свинца широко используются в инфракрасной оптоэлектронике, в основном для изготовления лазеров и светодиодов, работающих в среднем и дальнем ИК-диапазонах. Кроме этого, халькогениды свинца обладают благоприятным сочетанием свойств для изготовления термоэлектрических генераторов. Твердые растворы на основе халькогенида свинца используются для изготовления фотоприемников с высокой спектральной чувствительностью в диапазоне 8-14 мкм. Халькогениды свинца относятся к числу хорошо известных перспективных термоэлектрических материалов, работающих в области средних температур (600 - 900 К). В последние годы интерес к этим материалам возрос в связи с возможностью значительного увеличения термоэлектрической добротности в тонкопленочных структурах на основе халькогенидов свинца.

Тройные полупроводниковые соединения

Химические связи в тройных полупроводниковых соединениях, так же как и в двойных, носят смешанный коваленто-ионный или ковалентно-ионно-металлический характер. Специфика связей обусловлена наличием атомов трех сортов. Тройные полупроводниковые соединения могут быть разделены на одноанионные (двухкатионные) и двуханионные (однокатионные). Примером одноанионных соединений могут служить соединения типа A^IIB^IVC^V2, A^IB^IV2C^V3 .двуханионных - A^II2B^VC^VII, A^III2B^IVC^IV.

Тройные полупроводниковые соединения образуются при возникновении sp³-гибридных связей и характеризуются тетраэдрическим расположением атомов в пространстве. Кристаллизуются в структуру сфалерита, вюрцита, халькопирита, но в одной из подрешеток содержатся атомы двух сортов, размещенные либо упорядоченно, либо неупорядоченно. В случае неупорядоченного размещения атомов двух сортов в соответствующей решетке возникает структура сфалерита или вюрцита, в случае упорядоченного размещения кубическая решетка испытывает тетрагональное искажение и возникает структура халькопирита (антихалькопирита), которую можно рассматривать как удвоенную вдоль оси с в направлении ячейку сфалерита.

Однако в полупроводниковом приборостроении лишь ограниченное количество тройных полупроводниковых соединений находит применение.

Составить слова из слова сложные полупроводники