Розрахунок розподілу електричного поля і контактних явищ в об'єкті дослідження Bi12SiO20

Об'єкт дослідження Bi12SiO20

Об'єкт дослідження — широкозонний напівпровідник або вузькозонний діелектрик. Ширина забороненої зони 3 еВ. Заборонена зона насичена локальними енергетичними рівнями. Це: донори, акцептори, пастки (енергетичні ями).

Основною відмінністю металів, напівпровідників і діелектриків є величина (ширина) забороненої зони. У металах відсутня або перекривається. Тому основною властивістю металів є провідність.

Вид зв’язку металевий. Металева зв’язок — зв’язок між позитивними іонами в кристалах металів, здійснювана за рахунок тяжіння електронів, що вільно переміщаються по кристалу. У відповідності з положенням в періодичній системі атоми металів мають невелике число валентних електронів. Ці електрони досить слабко пов’язані зі своїми ядрами і можуть легко відриватися від них. У результаті в кристалічній решітці металу з’являються позитивно заряджені іони і вільні електрони. Тому в кристалічній решітці металів існує велика свобода переміщення електронів: одні з атомів будуть втрачати свої електрони, а які утворюються іони можуть приймати ці електрони з «електронного газу». Як наслідок, метал являє собою ряд позитивних іонів, локалізованих в певних положеннях кристалічної решітки, і велика кількість електронів, порівняно вільно переміщаються в полі позитивних центрів. У цьому полягає важлива відмінність металевих зв’язків від ковалентних, які мають строгу спрямованість у просторі. Металева зв’язок відрізняється від ковалентного також і по міцності: її енергія в 3−4 рази менше енергії ковалентного зв’язку.

Основними властивостями діелектрика є ізоляція і опір пробою. Пробій діелектрика — різке зростання електропровідності діелектрика в електричному полі, напруженість якого перевищує електричну міцність та утворення провідного каналу в діелектрику. Пробій діелектриків може супроводжуватися їх руйнуванням.

Мінімальна прикладена до діелектрика напруга, що приводить до його пробою, називають пробивним напругою U_пр. Предпробойное стан діелектрика характеризується різким зростанням струму, відступом від закону Ома в бік збільшення провідності. Ширина забороненої зони діелектрика від 3еВ і вище. В н/п ширина забороненої зони 1−2 еВ. Структура забороненої зони в н/п і діелектриках може бути складною. Тобто включати донорні, акцепторні та інші енергетично-активні дефекти. Домішкові рівні - енергетичних станів напівпровідника, розташовані в забороненій зоні і обумовлені присутністю в ньому домішок і структурних дефектів.

Існує досить великий клас матеріалів, які можна віднести до широкозонних напівпровідників або вузькозонних діелектрікам.Шіріна забороненої зони 2,5−3 еВ.

Приклад Bi₁₂SiO₂₀ — ширина забороненої зони 3еВ.

Завдяки порушенню отіхіометріі в забороненій зоні знаходяться акцепторні, донорні, ловушечного, рекомбінаційні центри. Велика ймовірність утворення квазі-диполів.Різні матеріали при додатку до них ел. поля ведуть себе по різному. Важливою характеристикою є розподіл поля (потенціалу) на поверхні і в глибині об'єкта. Примітивним розподілом є лінійне. Існують більш складні функції: падіння напруги на приелектродного областях та (або) в обсязі матеріалу.Тому становить інтерес досліджувати опір потенціалу та заряду в матеріалі Bi₁₂SiO₂₀.

Вперше монокристали Bi₁₂SiO₂₀ отримані шведським вченим Silen в 1937 р. Тому альтернативним назвою є термін селеніт, або селікато селеніт. Існують модифікації: Bi₁₂ТiO₂₀ Bi₁₂GeO₂₀

Дослідження виконаємо за допомогою методу потенційного зонда, який представлений на рисунку 2.2.1.