Бесщелевые полупроводники. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Бесщелевые полупроводники - вещества с тождественно равной нулю шириной запрещённой зоны. В Б. п. дно зоны проводимости

и вершина валентной зоны

касаются друг друга. Бесщелевые полупроводники образуют естеств. границу между металлами (металлы с точечной ферми-поверхностью)и полупроводниками. От типичных полупроводников их отличает отсутствие энергетич. порога для рождения электронно-дырочных пар, от металлов - существенно меньшая плотность электронного газа. Впервые бесщелевое состояние обнаружено в 1957 [1]. Обращение в нуль ширины запрещённой зоны

может быть обусловлено симметрией кристаллич. решётки, а может носить и случайный характер. Это позволяет разделить Б. п. на 2 группы.

К 1-й относятся

-Sn (серое олово),

- HgS, HgSe и HgTe, у к-рых дну зоны проводимости и вершине валентной зоны соответствуют волновые функции, принадлежащие одному и тому же неприводимому представлению пространственной группы симметрии кристаллов. Бесщелевой электронный спектр этих веществ достаточно устойчив и исчезает лишь при внеш. воздействиях, понижающих симметрию кристалла (напр., при одноосном сжатии). Ко 2-й группе Бесщелевые полупроводники можно отнести твердые раствора , , , у к-рых при определ. соотношениях компонент возникает случайное вырождение уровней, соответствующих дну зоны проводимости и вершине валентной зоны. В этих веществах бесщелевое состояние может быть разрушено под действием любого возмущения, в т. ч. такого, к-рое не изменяет симметрии кристалла.

Все известные Бесщелевые полупроводники 1-й группы имеют т. н. инверсную зонную структуру, к-рую предложили С. X. Гровс и В. Поль в 1963 для объяснения свойств

-Sn. Для этой структуры характерно обратное расположение энергии s- и р-подобных электронных зон кристалла по сравнению с энергетич. структурой таких типичных полупроводников, как Ge и InSb, обладающих той же кубич. симметрией. У InSb зона проводимости, отделённая от валентной зоны запрещённой зоной шириной

, описывается в окрестности "дна"

волновыми функциями S-симметрии.

Две валентные зоны вблизи своего потолка

описываются волновыми функциями P-симметрии (зоны лёгких и тяжёлых дырок; рис., а). В Б. п. (напр., HgTe) зона с S-симметрией расположена ниже зон с Р-симметрией и имеет отрицат. кривизну. Кривизна одной из зон с Р-симметрией оказывается положительной, а другой -отрицательной (рис., 6). Эффективные массы электронов

в бесщелевых полупроводниках заметно меньше эффективных масс дырок

. Возникновение инверсной структуры зон связано с релятивистскими эффектами [1].

Отсутствие щели в электронном спектре бесщелевых полупроводников обусловливает целый ряд их особенностей. Концентрация п электронов как носителей заряда в чистых нелегированных Б. п. степенным (а не экспоненциальным) образом зависит от температуры T:

Концентрация п может заметно возрастать при пропускании через бесщелевые полупроводники электрич. тока, что обусловливает нелинейность вольт-амперной характеристики.

Электронные энергетические спектры (

- энергия электрона, P - его квазиимпульс): а-полупроводника InSb с конечной шириной запрещённой зоны ; б - бесщелевого

полупроводника.

Значит. роль в бесщелевых полупроводниках при низких темп-pax играет электрон-электронное взаимодействие, приводящее, во-первых, к неаналитич. зависимости энергии электронов и дырок от квазиимпульса р в области

(е - заряд электрона,

- статическая диэлектрическая проницаемость; )во-вторых, к сингулярному поведению диэлектрич. проницаемости кристалла как функции T, ферми-энергии

,частоты в волнового числа при малых значениях этих параметров.

В отличие от обычных полупроводников, в бесщелевых полупроводниках невозможно существование истинно дискретных примесных уровней, однако акцепторные примеси в Б. п. образуют узкие резонансные состояния в зоне проводимости с шириной, пропорциональной малому отношению плотности электронных состояний в зонах проводимости и валентной [2]. Донорные же примеси в Б. п. с

таких квазисвязанных уровней не образуют.

При наложении на бесщелевые полупроводники анизотропных воздействий (одноосного давления) или квантующего магн. поля в их электронном спектре возникает запрещённая зона, что проявляется в росте электросопротивления, коэф. Холла (см. Холла эффект ),изменении оптич. характеристик и т. д.

Бесщелевые полупроводники со случайным вырождением зоны проводимости и валентной зоны обладают непараболич. спектром носителей заряда с очень малыми эффективными массами. Следствием этого является высокая подвижность электронов и дырок, приводящая, в частности, к значит. величине магнетосопротивления, коэф. Нернста-Эттингсхаузена (см. Нернста-Эттингсхаузена эффект)и нек-рых др. кинетич. параметров.

Литература по бесщелевым полупроводникам

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.