Файл: Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах.pdf

или кристаллизуются слоями, или образуют кольца и т. д. В табли­ це указано большинство изученных в настоящее время стехиометрических аморфных полупроводников, однако она не является полной. Символ п обозначает первое координационное число, сим­ вол ?• — расстояние между ближайшими соседями. Эти столбцы будут обсуждаться ниже.

Такая схема классификации была использована при распре­ делении экспериментальных результатов по главам 8—10. Из числа веществ, опущенных в табл. 7.1, следует отметить обычные боросшшкатные и фосфатные стекла, содержащие металлические ионыг стекла на основе окислов переходных металлов (гл. 4) и ряд мно­ гокомпонентных стекол, содержащих элементы, приведенные в табл. 7.1 не в стехиометрических пропорциях. Свобода наруше­ ния стехиометрических пропорций является одной из наиболее "важных особенностей аморфных полупроводников, и многокомпо­ нентные системы, содержащие один или несколько халькогенидных элементов (S, Se, Те), становятся объектами наиболее интен­

В аморфных твердых телах отсутствует трехмерная периодич­ ность х ) . Расположение атомов в таких телах не является, однако, совершенно случайным, как это имеет место в газах. Силы связи, действующие между атомами в жидкости, очень близки к тем, кото­ рые действуют в кристалле, и хотя отсутствует дальний порядок, тем не менее сохраняется ближний порядок, существующий на небольшом числе постоянных решетки.

Для полного теоретического описания свойств аморфного тела требуется знать его структуру. Если даже учитывать лишь парные взаимодействия отдельных атомов и ограничиться ближним поряд­ ком, то возможно огромное количество различных структур для любого аморфного материала. Поэтому оказывается особенно существенным экспериментальное определение ближнего порядка и его действительной протяженности. Ближний порядок определяет многие физические свойства. Если не наблюдаются объекты с раз­ мерами более 50 А , то это указывает на отсутствие кристаллизации или разделения фаз 2 ) . В этом случае могут быть использованы методы, позволяющие получать большое разрешение, а именно

г ) Благодаря такому определению термины «неупорядоченные», «некри­ сталлические», «аморфные», «стеклообразные», «стекловидные» оказываются синонимами. Однако два последних предпочтительно употребляются для некристаллических тел, получаемых путем закалки из жидкого состояния.

2 ) Для примера в начале книги приведены фотографии, полученные с по­ мощью сканирующего электронного микроскопа.

дифракция электронов и рентгеновских лучей, инфракрасное по­ глощение и рамановская спектроскопия. Дифракция нейтронов в настоящее время широко не используется, хотя ее применяют, для исследования жидких металлов и полупроводников (ср. 3.17). Дифракционные картины, даваемые аморфными твердыми телами, состоят из широких колец, без каких-либо признаков текстуры, указывающей на неко­ торую степень кристал­ личности (см. фото в начале книги).

тегрирования в преобразовании Фурье. Для построения пра­ вильного радиального распределения 4яг2 р (г) требуются значи­ тельная осторожность и большое мастерство.

Если первый максимум этого распределения хорошо отделен •от последующих, то площадь под ним дает число атомов в первой координационной сфере. Положение пика характеризует среднее расстояние до ближайшего соседа. На фиг. 7.3 показано типичное' радиальное распределение для аморфного германия [431]. Колеба­ ния плотности происходят вблизи параболы, которая дает радиаль­ ное распределение в гипотетической аморфной среде, имеющей ту

же плотность, что и реальная, но в которой материя однородно рас­ пределена в пространстве. Хотя первые координационные сферы хорошо определены, ширины пиков связаны с разбросом межатом­ ных расстояний и убывание амплитуды осцилляции с радиусом 7- свидетельствует об отсутствии дальнего порядка. В аморфном гер­ мании первые два координационных числа равны 4 и 12, так же как и в кристалле. Среднее межатомное расстояние, однако, на 3% больше.

Табл. 7.1 содержит подобные сведения и о других аморфных полупроводниках. Так, например, в кристаллическом InSe в пер­ вой координационной сфере имеются атомы обоих сортов. Каждый атом I n окружен четырьмя соседями — три атома Se и один атом I n , а каждый атом Se имеет окружение из трех атомов I n и одного атома Se. В аморфном InSe первый максимум радиального рас­ пределения расщеплен на два пика; таким образом сохраняется та же конфигурация ближнего порядка, что и в кристалле.

В кристаллическом As2 Se3 каждый атом As имеет в качестве ближайших соседей три атома Se, а каждый атом Se — два атома As. В аморфной фазе эти числа увеличиваются (что не отражено в табл. 7.1). При этом первые расстояния остаются близкими к сум­ ме ковалентных радиусов As и Se. Можно заключить, что в аморф­ ной фазе сохраняется слоистая структура, однако слои становятся «волнистыми» и, вероятно, в некоторых точках прикрепляются один к другому поперечными связями.

Мышьяк и сурьма в кристаллическом состоянии являются полу­ металлами. В аморфном состоянии первое координационное число остается равным 3 и радиус первой координационной сфе­ ры также остается практически неизменным. Вещество, однако, приобретает полупроводниковые свойства [296]. Поэтому нельзя утверждать, что появление металлических или полупроводниковых свойств является следствием только той или иной величины коор­ динационного числа. В соответствии с представлениями, разви­ тыми в гл. 2, конфигурация атомов в аморфном теле приводит

квозникновению состояний, локализованных в пространстве.

Подробное обсуждение структуры аморфных полупроводни­ ков, исследованной методом дифракции рентгеновских лучей, чита­ тель сможет найти в обзоре Григоровичи [206] и в цитированных там работах. В гл. 8—10 также содержатся более детальные све­ дения о структуре некоторых аморфных материалов.

Структурные модели жидкостей или аморфных твердых тел могут быть построены так, чтобы удовлетворять наблюдаемой