- •1. Функциональная электроника.
- •1.1. Особенности функциональной электроники
- •1.2. Динамическая неоднородность.
- •1.3. Основные направления и тенденции развития
- •2. Функциональная акустоэлектроника
- •2.1. Физические основы
- •2.1.1. Динамические неоднородности
- •2.1.2. Континуальные среды
- •2.1.3. Генераторы динамических неоднородностей
- •2.1.4. Устройство управления динамическими
- •2.1.5. Детектирование динамических неоднородностей
- •2.2. Приборы функциональной акустоэлектроники
- •2.2.1. Линии задержки
- •2.2.2. Устройства частотной селекции
- •2.2.3. Генераторы на пав
- •2.2.4. Усилители
- •2.2.5. Акустические преобразователи
- •3. Функциональная диэлектрическая
- •3.1. Физические основы
- •3.1.1. Динамические неоднородности
- •3.1.2. Континуальные среды
- •3.1.3. Генераторы динамических неоднородностей
- •3.1.4. Другие элементы приборов
- •3.2. Приборы и устройства функциональной
- •3.2.1. Слоистые структуры
- •3.2.2. Устройства памяти
- •3.2.3. Процессоры
- •4. Функциональная полупроводниковая электроника
- •4.1. Физические основы
- •4.1.1. Динамические неоднородности в полупроводниках
- •4.1.2. Континуальные среды
- •4.1.3. Генераторы динамических неоднородностей
- •4.1.4. Устройства управления динамическими
- •4.1.5. Детекторы динамических неоднородностей
- •4.2. Приборы и устройства функциональной
- •4.2.1. Аналоговые процессоры на пзс-структурах
- •4.2.2. Цифровые процессоры на пзс-структурах
- •4.2.3. Запоминающие устройства на пзс-структурах
- •4.2.4. Биспин-приборы
- •4.2.5. Приборы на волнах пространственного заряда
- •4.2.6. Ганновские приборы
- •5. Функциональная магнетоэлектроника
- •5.1. Физические основы
- •5.1.1. Динамические неоднородности
- •5.1.2. Континуальные среды
- •5.1.3. Генерация, детектирование и управление
- •5.2. Приборы и устройства функциональной
- •5.2.1. Процессоры сигналов на цмд
- •5.2.2. Процессоры сигналов на мсв
- •5.2.3. Запоминающие устройства на цмд
- •5.2.4. Запоминающие устройства на магнитных вихрях
- •5.2.5. Запоминающие устройства на магнитных пленках
- •6. Функциональная криоэлектроника
- •6.1. Физические основы криоэлектроники
- •6.2. Исторические аспекты криоэлектроники
- •6.3. Основные направления криоэлектроники
- •6.4. Приборы криоэлектроники
- •7. Функциональная молекулярная
- •7.1. Физические основы
- •7.1.1. Динамические неоднородности
- •7.1.2. Континуальные среды
- •7.1.3. Другие элементы приборов
- •7.2. Молекулярные устройства
- •7.3. Автоволновая электроника
- •7.4. Биоэлектроника
- •8. Функциональная хемотроника
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
4.1.2. Континуальные среды
Полупроводниковые среды занимают промежуточное положение по проводимости электрического тока между диэлектриками и металлами. При комнатной температуре их удельное сопротивление лежит в пределах от 10-6 до 109Ом∙м. Такой огромный диапазон (15 порядков) значений определяется рядом специфических свойств полупроводников. Прежде всего, удельная проводимость зависит от количества примесей. Одна тысячная процента примеси может изменить проводимость полупроводника на 4 - 5 порядков. Полупроводники обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления в большом диапазоне температур. К полупроводникам относится большой ряд простых веществ из II, III, IV, VI, VII групп таблицы Менделеева: германий, кремний, селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, сурьма, мышьяк, серое олово, йод, а также соединения различных типов: АIBV, АIBVI, АIВVII, АIIBIV, АIIBV, АIIBVI, АIIВVII, АIIIBV, АIIIBVI, АIIIВVII, АIVBIV, АIVBV, АIVВVI, АVBVI, АVIBVI, АVIIВVI, АIВVIIB2VI, АIВVB2VI и т. д.
Различают некоторые классы полупроводниковых континуальных сред. Элементарные полупроводники представляют собой кристаллическую решетку. Например, в германии и кремнии, являющимися основными материалами, атомы образуют кристаллическую решетку типа алмаза. Каждый атом взаимодействует с четырьмя ближайшими соседями, с каждым из которых связан ковалентной связью. Содержание посторонних примесей не должно превышать 10-7 %, а дозируемое введение донорных (P, As, Sb) или акцепторных (В, Al, Ga, In) примесей меняет их тип проводимости в достаточно широких пределах. Монокристаллы можно выращивать методами Чохральского или бестигельной зонной плавки, получать в процессе эпитаксиального выращивания тонких кристаллических слоев, а также в процессе лазерной рекристаллизации поликристаллов.
Соединения типа АIIIBV (GaAs, InAs, GaSb, InSb, GaP, InP) представляют собой твердые растворы. Они характеризуются ковалентной связью с некоторой долей ионной составляющей. Возможно образование тройных и более сложных растворов (GaxAl1-xAs GaxAl1-xP и т. п.). Электрические свойства таких полупроводников могут меняться путем легирования донорными (Sn, Те, Se, S) или акцепторными (Zn, Cd, Mg) примесями. Монокристаллы этого класса получают методом Чохральского, зонной кристаллизацией, кристаллизацией из газовой или жидкой фазы, молекулярно-лучевой эпитаксией.
Соединения типа АIIBIV (ZnS, CdS, HgSe, ZnSe, ZnTe) представляют собой твердые растворы. Кристаллическая структура имеет ковалентно-ионную связь. Физические свойства определяются содержанием точечных дефектов, обусловленных отклонениями от стехиометрии состава. Аналогичными свойствами обладают соединения типа АIVВVI (PbS, SnS, SnSe, PbTe, SnTe).
Соединения элементов VI группы с элементами I - V групп образуют кристаллы, в которых преобладает ионная связь. Если элементы этой группы связаны с переходными или редкоземельными элементами, то такие соединения обладают магнитными свойствами. Некоторые из таких полупроводников обладают ферромагнитными свойствами (ЕuО, EuS, CdCr2Se4), другие - антиферромагнитными (ЕuТе, EuSe, NiO).
Тройные соединения AIIBIVC2V (CdSnAs2, CdGeAs2, ZnSnAs2) обладают ферромагнитными и (или) сегнетоэлектрическими свойствами.
Аморфные полупроводники представляют собой класс сильно легированных веществ - компенсированный полупроводник со смешанной ионно-ковалентной связью. К этому классу относятся халькогениды свинца: галенит (PbS), клаусталит (PbSe), алтаит (РbТе), халькогенидные стекла (As31Gе30Se21Те18), оксидные стекла (V2О5 - Р2О5).
Органические полупроводники характеризуются наличием в молекулах сопряженных связей. К этому классу веществ относятся ароматические соединения (например, нафталин и др.), природные пигменты (хлорофил, каротин и др.), ион-радикальные соли, молекулярные комплексы с переносом заряда. Это могут быть монокристаллы, поликристаллы или аморфные порошки.
Определенный интерес вызывают полупроводники, в которых проявляются механизмы оптической нелинейности.
Качественно новый класс полупроводниковых материалов и континуальных сред представляют собой сверхрешетки - синтезированные структуры, в которой на носители заряда, помимо кристаллической решетки, действует дополнительный потенциал с периодом, существенно превышающим постоянную решетки. Параметры этого потенциала можно менять и тем самым управлять энергетическим спектром носителей. Тип сверхрешетки определяется технологией изготовления. Композиционные сверхрешетки формируются путем чередования тонких слоев различных материалов с близкими значениями постоянных решетки. Легированные сверхрешетки формируются из слоев с дырочной и электронной проводимостями в объеме одной полупроводниковой среды. Спиновые сверхрешетки создаются технологией селективного легирования полупроводника магнитными и немагнитными примесями. Наиболее совершенные сверхрешетки формируют при использовании молекулярно-лучевой эпитаксии.
Свойства полупроводниковых континуальных сред могут быть достаточно полно описаны с помощью квантовой теории энергетического спектра электронов, зонной теории.