Квазихимические равновесия в кристаллах - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика

Равновесия дефектов в кристаллах тоже могут рассматриваться на основе ЗДМ. При этом в качестве реагентов могут фигурировать не только реальные частицы (электроны, атомы, ионы), но и квазичастицы (дырки, вакансии и т. д.). Поэтому такие равновесия называются квазихимическими. Рассмотрим только два простейших примера.

Константа собственной ионизации полупроводника. В идеально чистом полупроводнике при абсолютном нуле в темноте нет носителей заряда, но при нагревании они появляются, как бы из ничего (электрон возбуждается в зону проводимости, оставляя дырку в валентной зоне), поэтому уравнение записывается так:

0 <> E - + h+; К = [e-]*[h+].

Здесь ноль в левой части обозначает идеальный кристалл без носителей заряда, т. е. растворитель, e - - это электрон в зоне проводимости, h+ - это дырка в валентной зоне. Заметим, что эти уравнения точно такие же, как в случае собственной ионизации воды. В идеально чистом полупроводнике концентрации электронов и дырок равны, но если в нем есть акцепторная примесь - источник дырок - это полностью аналогично водному раствору кислоты: чем выше концентрация дырок, тем ниже концентрация электронов, так что получается чисто дырочный полупроводник. Если же примесь не акцепторная, а донорная - источник электронов, то наоборот, резко уменьшается концентрация дырок, и получается чисто электронный (n-типа) полупроводник. Это аналогично водному раствору щелочи.

Константа ионизации примеси в полупроводнике

Ионизация упомянутой выше донорной или акцепторной примеси тоже подчиняется ЗДМ. Рассмотрим пример акцепторной примеси бора в кремнии. Атом бора на месте кремния обозначается BSi.

BSi <> BSi- + h+; К = [BSi-]*[h+]/[BSi].

Пока степень ионизации мала (при низких температурах), можно пользоваться законом разбавления Оствальда: концентрация носителей (в данном случае дырок) пропорциональна не концентрации добавки, а квадратному корню из нее!

Похожие статьи




Квазихимические равновесия в кристаллах - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика

Предыдущая | Следующая