Реферати українською » Физика » Органічні напівпровідники


Реферат Органічні напівпровідники

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Зміст

Запровадження

1 Напівпровідникові матеріали

1.1 Загальні інформацію про напівпровідниках

1.2 Класифікація напівпровідників

1.3 Власна провідність напівпровідників

1.4Примесная провідність напівпровідників

2 Органічні напівпровідники

2.1 Загальна характеристика групи органічних напівпровідників

2.2 Характеристика окремих груп органічних напівпровідників

2.3Электропроводность органічних напівпровідників

2.4Электропроводность низькомолекулярних органічних напівпровідників

2.5 Електричні властивості полімернихполупрводников

2.6 Механізм електропровідності

2.7Фотопроводимость органічних напівпровідників

2.8 Практичне застосування органічних напівпровідників

Експериментальна частина

Укладання

Список літератури

 


Запровадження

 

Фізика напівпровідників, розділ фізики, у якому досліджуються електричні, оптичні, магнітні, теплові та інші властивості напівпровідникових матеріалів – широкого класу неорганічних і органічних речовин – і структур з їхньої основі. Властивості напівпровідників сильно залежить від зовнішніх впливів, і навіть наявності атомів домішки і власних дефектів структури (>кристал чичес дідька лисого грати). З відкриттяФарадеем в 1833 р. напівпровідникових властивостей уAg2P.S їх відмітним ознакою залишається збільшення концентрації носіїв заряду при нагріванні, який призводить до зменшенню електричного опору матеріалу. На відміну від металів (провідників електрики) для напівпровідників характерна чутливість до світла (фото про водимость, люмінесценція), електричному полю (не линівние електричні властивості, електричний пробою), іонізуючому випромінюванню (>радиа ці вінная фізика) та інших.Полупроводники оптимально поєднують чутливість до зовнішніх впливів і можливість контрольованого формування у яких елементів зразличающимися властивостями. Завдяки цьому фізика напівпровідників служить науковим фундаментом для >опто-, мікро- і наноелектроніки, багато в чому визначальних технічний прогрес сучасного суспільства.

Вивчення органічних напівпровідників викликає зараз найбільше зацікавлення, оскільки з цими дослідженнями пов'язані багато перспективні розробки, такі створенняOLED-дисплеев, світлочутливих матеріалів (наприклад, для процесів записи інформації), в мікроелектроніці, виготовлення різноманітних датчиків. Дослідження напівпровідників органічних важливо задля розуміння перетворення й переносу енергії у непростих фізико-хімічних системах і особливо в біологічних тканинах. З напівпровідниками органічними, зокрема зион-радикальними солями, пов'язана перспектива створення надпровідників із високим критичної температурою.

Отже, розгляд у ролі теми курсової роботи «Органічні напівпровідники» є актуальним.

Об'єктом дослідження є органічні напівпровідники. Предметом дослідження є конкретні властивості органічних напівпровідників.

Аби вирішити поставленої мети вирішити такі:

- дати загальну характеристику класу провідників, розглянувши їх класифікацію, власний видобуток іпримесную провідність;

- дати характеристику класу органічних напівпровідників, привести характеристику окремих сполук які стосуються даному класу, розглянути особливостіелектропроводимости органічних напівпровідників.

- розглянути перспективи практичного застосування класу органічних напівпровідників, експериментальні розробки у сфері.

З метою досягнення вищевказаних цілей аналіз науково-методичною літератури.


1 Напівпровідникові матеріали

 

1.1 Загальні інформацію про напівпровідниках

До класу напівпровідників зазвичай відносять велику групу твердих тіл, провідність яких за кімнатної температурі (>T=300K) змінюється на вельми межах.

>Числовое значення цієї величини: (10-13-10-11/Oм.див) значно вища, ніж в ізоляторів: (10-26-10-141/Oм.див), але набагато нижчі, ніж в металів: (1-1021/Oм.див).

Якщо тверді тіла класифікувати за механізмом електропровідності, неважко встановити, що напівпровідниками і ізоляторами немає принципової відмінності. Характерною ознакою напівпровідників.,отличающей їхню відмінність від металів, є зростання електропровідностіs зі зростанням температури, причому, зазвичай, у досить широкому інтервалі температур зростання відбувається експоненціально:

 = 0>ехр (-EA/>кТ).(1.1.)

Тут >k — >Больцмана стала, EAенергія активації електронів в напівпровідниках., (>s0 — коефіцієнт пропорційності (насправді залежить від температури, але повільніше, ніж експонентний множник). З підвищенням температури теплове рух розриває зв'язку електронів, і частина їхньої, пропорційнаexp (—EA/>kT), стає вільними носіями струму.

 Зв'язок електронів то, можливо розірвано як тепловим рухом, а й різними зовнішніми впливами: світлом, потоком швидких частинок, сильним електричним полем тощо. Тож напівпровідників характерні висока чутливість електропровідності до зовнішніх впливів, і навіть до змісту домішок і недоліків у кристалах, оскільки у багатьох випадках енергія EA для електронів, локалізованих поблизу домішок чи дефектів, значно коротші, ніж у ідеальному кристалі даного напівпровідника. Можливість в межах управляти електропровідністю напівпровідників зміною температури, запровадженням домішок тощо. буд. є основою їх численних і багатьох застосувань.

Розрізняють власний видобуток іпримесную провідності напівпровідників.

Мал.1

Найважливіша властивість напівпровідників - можливість змінювати свою електричну провідність під впливом різних чинників: температури, висвітлення, радіоактивного випромінювання та ін.

>Полупроводники є дуже численний клас матеріалів. Сюди входять сотні найрізноманітніших речовин – як елементів, і хімічних сполук.Полупроводниковими властивостями може бути як неорганічні, і органічні речовини, кристалічні і аморфні, тверді і рідкі,немагнитние і магнітні. Попри вагомі розбіжності у будову і хімічний склад, матеріали цього ріднить одна чудова риса- здатність сильно змінювати свої електричні властивості під впливом невеликих зовнішніх енергетичних впливів. Один із можливих схем класифікації напівпровідникових матеріалів приведено на мал.2.

>Рис. 2. Класифікація напівпровідникових матеріалів за складом і властивостями.

Різниця між напівпровідниками ідиелектриками є радше кількісним, ніж якісним. Формула (1.1) стосується однаково і додиелектрикам, електропровідність яких може бути помітної за високої температури. Точніше було говорити про напівпровідниковому стані неметалічних речовин, не виділяючи напівпровідники в особливий клас, а до істиннимдиелектрикам відносити лише, у силу великих значень EA і малихs0 електропровідність міг би досягти помітних значень лише за температурах, за яких вони повністю випаровуються.

 

1.2 Класифікація напівпровідників

Проте термін «>Полупроводники» часто розуміються на вужчому сенсі, як сукупність найбільш типових груп речовин, напівпровідникові властивості яких чітко виражені вже за часів кімнатної температурі (300 До). Приклади такі групи:

1) Елементи IV групи періодичної системи елементів Менделєєва германій і кремній, що як напівпровідники що найбільш повно вивчені і дуже застосовують у напівпровідникової електроніці. Атоми цих елементів, володіючи 4валентними електронами, утворюють кристалічні ґрати типу алмазу з ковалентної зв'язком атомів, Сам алмаз також має властивостями напівпровідника, проте величина EA йому значно більше, ніж вGe і Si, і тому при Т = 300 До його власна (не що з домішками чи зовнішніми впливами) електропровідність дуже мала.

2)Алмазоподобние напівпровідники. До них належать сполуки елементів III групи періодичної системи (>Al,Ga,In) із елементами V групи (Р,As,Sb), називаються напівпровідниками типу AIII BV (>GaAs,InSb,GaP,InP тощо.). Атоми III групи мають 3валентних електрона, а V групи — 5, отже середня кількістьвалентних електронів,приходящееся на 1 атом, у тих з'єднаннях одно 4 (як і вGe і Si). Кожен атом утворює 4валентние зв'язки й з найближчими сусідами, у результаті виходить кристалічна ґрати, така ґратам алмазу з тією різницею, що найближчі сусіди атома AIII — атоми BV а сусіди атома BV — атоми AIII. За рахунок часткового перерозподілу електронів атоми AIII і BV у структурі виявляютьсяразноименно зарядженими. Тому ці зв'язки в кристалах AIII BV в повному обсязіковалентние, а частково іонні. Протековалентная зв'язок у яких переважає яких і визначає структуру, у результаті ці кристали за багатьма властивостями є найближчими аналогамиGe і Si.

>Соединения елементів II і VI груп періодичної системи — AIIBVI (>ZnTe,ZnSe,CdTe,CdS тощо.) також мають у своєму середньому 4валентних електрона на 1 атом, але іонна зв'язок вони сильніші виражена. В окремих їхковалентная зв'язок переважає над іонній, в інших вона слабше, а й й інші мають властивостями напівпровідників, хоча й яскраво вираженими, як у попередніх групах.

Ставлення до «середньоїчетирехвалентности» і «алмазоподібних» напівпровідниках виявилося плідним на допомогу пошуку нових напівпровідників, наприклад типу AIIBIVЗ2V (>ZnSnP2,CdGeAs2 тощо.). Чимало з подібних алмазоподібних напівпровідників утворюють сплави, що є напівпровідниками, наприкладGe — Si,GaAs —GaP та інших.

3) Елементи VI і V груп, і відповідники. Елементи VI групи Te іSe як напівпровідники були відомі раніше, ніжGe і Si, причомуSe широко побутував увипрямителях електричного струму і фотоелементах. Елементи V групиAs,Sb іBi — >полуметалли, як близькі до напівпровідників, які найближчі аналоги — сполуки типу AIV і BVI (>PbS,PbTe,SnTe,GeTe тощо.), що мають у в середньому у 5валентних електронів на атом, утворюють жодну з важливих груп напівпровідників, відому насамперед застосуваннямPbS,PbSe іPbTe якприемников інфрачервоних променів. Взагалі серед сполук елементів VI групи (Про, P.S,Se, Te) із елементамиI—V груп дуже багато напівпровідників. Більшість їх мало вивчені. Прикладом більш вивчених та практично використовуваних можуть бутиCu2>O (>купроксниевипрямители) іBi2Te3 (>термоелементи).

4)Соединения елементів VI групи перехідними чиредкоземельними металами (>Ti, V,Mn, Fe,Ni,Sm,Eu тощо.). У цих напівпровідниках переважає іонна зв'язок. Більшість їх має тій чи іншій формою магнітного упорядкування (>ферромагнетики чиантиферромагнетики). Поєднання напівпровідникових і магнітних властивостей та його взаємовпливи цікаво і з теоретичної погляду, так багатьох практичних застосувань. Деякі їх (V2>O3, Fe3>O4,NiS,EuO та інших.) можуть переходити з напівпровідникового стану в металеве, причому перетворення це відбувається різко за зміни температури.

Органічні напівпровідники. Багато органічні сполуки також мають властивостями напівпровідників. Їх електропровідність, зазвичай, мала (>s ~ 10-10 ом-1див-1) і дуже зростає під впливом світла. Утім, деякі органічні напівпровідники. (кристали і полімери з урахуванням сполуктетрацианхинодиметанаTCNQ, комплекси з урахуваннямфталоцианина,перилена,виолантрена та інших.) мають при кімнатної температуріs, порівнянну з провідністю хороших неорганічних напівпровідників.

Для виготовлення напівпровідникових приладів використовують як монокристали, і полікристалічні матеріали. Монокристали є простіші системи, з досконалішим будовою, ніж полікристалічні матеріали. Вони найглибше вивчені, фізичні явища у яких краще піддаються розрахунках, і вони забезпечують велику надійність і ідентичність параметрів напівпровідникових приладів.

У механізмі електропровідності аморфних неорганічних і кристалічних органічних напівпровідників виявлено ряд особливостей. Інтерес Вільгельма до органічним напівпровідникам спричинена тим, що деякі їх напівпровідникові властивості поєднуються з еластичність, що дозволяє виготовляти робочі елементи як гнучких стрічок і волокон.

 

1.3 Власна провідність напівпровідників

 

Власна провідність. Власна провідність виникає й унаслідок переходу електронів з верхніх рівнів валентною зони до зони провідності. Причому у зоні провідності з'являється певна кількість носіїв струму — електронів, котрі посідаютьуров ні поблизу дна зони; одночасно у валентною зоні звільняється таку саму кількість місць на верхніх рівнях. Такі позбавлені електронів місця на рівнях заповненою при абсолютному нулі валентної зони називають дірками.

Розподіл електронів за рівнями валентною зони і зони провідності визначається функцією Фермі.Вичисления показують, що справжній рівень Фермі лежить точно посередині забороненої зони (мал.1). Отже, для електронів, які у зону провідності, величинаW—WF мало відрізняється від половини ширини забороненої зони. Рівні зони провідності лежать на хвості кривою розподілу. Тому заповнення електронами можна знаходити за такою формулою

(1.2.)

Кількість електронів, які у зону провідності, буде пропорційно ймовірності (1.2.). Ці електрони, і навіть які утворилися у такому числі дірки, є носіями струму.

Оскільки, провідність пропорційна числу носіїв, вона повинен бути пропорційна вираженню (1.2). Отже, електропровідність напівпровідників швидко зростає зі температурою, змінюючись згідно із законом

(1.3)

деW—ширина забороненої зони.

Коли графіці відкладати залежність1n від1/T, то тут для напівпровідників виходить є пряма лінія, зображена на рис. 2. По нахилу цієї прямий можна визначити ширину забороненої зониW.

Типовими напівпровідниками є елементи IV групи періодичної системи Менделєєва — германій і кремній. Вони утворюють грати, у якій кожен атом пов'язанийковалентними (>парно-електронними) зв'язками з чотирмаравноотстоящими від цього сусідніми атомами. Умовно таке взаємне розташування атомів можна як пласкою структури, зображеною на рис. 4. Гуртки зі знаком «+» позначають позитивно заряджені атомні залишки (т. е. ті частини атома, доторая залишається після видаленнявалентних електронів), гуртки зі знаком «—» —валентние електрони, подвійнілинии—ковалентние зв'язку.

При досить високої температурі тепловедвижение може розірвати окремі пари, звільнивши один електрон (такий випадок показаний на рис. 4).

>Покинутое електроном місце перестає бути нейтральним, у його околиці виникає надлишковий покладительний заряд + е — утворюється дірка. А ще місце може перескочити електрон одній з сусідніх пар. Через війну дірка починає також мандрувати по кристалу, як і звільнений електрон.

Якщо вільний електрон зустрітися зі дір дідька лисого, вони рекомендують (з'єднуються). Це означає, що електрон нейтралізує хати точний позитивного заряду, наявний на околиці дірки, і втрачає свободу пересування до того часу, поки не дістане від кристалічною грати енергію, достатню для свого вивільнення. Рекомбінація призводить до одночасному зникнення вільного електрона я дірки. На схемою рівнів процесу рекомбінації відповідає перехід електрона із зони провідності однією з вільних рівнів валентною зони.

Отже, вполупроводнике йдуть одночасно процеси: народження попарно вільних електронів і дірок і рекомбінація, яка веде допопарному зникнення електронів і дірок. Можливість першого процесу швидко зростає зі температурою. Можливість рекомбінації пропорційна як числу вільних електронів, і числу дірок. Отже, кожної температурі відповідає певна - рівноважна концентрація електронів і дірок, розмір якої змінюється з температурою з цього закону, як і [див. формулу (1.2)].

За відсутності зовнішнього електричного поля електрони провідності і дірки рухаються хаотично. При включенні поля на хаотичне рух накладається упорядкований рух: електронів проти поля і дірок — у бік поля. Обидва руху — і дірок, і електронів — призводять до переносу заряду вздовж кристала. Отже, власна електропровідність обумовлюється хіба що носіями зоря і двох знаків— негативними електронами і позитивними дірками.

Власна провідність спостерігається переважають у всіх без винятку напівпровідниках за досить високої температурі.

 

1.4Примесная провідність напівпровідників

Цей вид провідності виникає, коли деякі атоми даного напівпровідника замінити в вузлах кристалічною грати атома ми, валентність яких відрізняється на одиницю від валентності основних атомів. На умовно зображено решітка германію з примісью5-валентних атомів фосфору. Для освіти ковалентних зв'язку з сусідами атома фосфору досить чотирьох електронів. Отже, п'ятий валентний електрон опиняється немовби зайвим і легко відщепляється від атома з допомогою енергії теплового руху, створюючи мандрівний вільний електрон. На відміну від розглянутої раніше випадку освіту вільного електрона не супроводжується порушенням ковалентних зв'язків, т. е. освітою дірки. Хоча у околиці атома домішки виникає надлишковий покладительний заряд, але пов'язаний із цим атомом і переміщатися по решітці неспроможна. Завдяки цьому заряду атом

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація