Авторы книги „Электронные процессы в ионных кристаллах" поставили перед собой задачу описать основные закономерности электронных процессов, имеющих место в ионных кристаллах, и облечь их в четкую математическую форму, пользуясь в основном аппаратом квантовой механики. Им удалось в сравнительно простой форме изложить многие сложные вопросы и сделать их доступными не только теоретикам, но и экспериментаторам.
Как показывает самое название книги, в ней рассматриваются главным образом реальные кристаллы с ионной решеткой, их электрические и оптические свойства, а также всякого рода искажения правильной кристаллической структуры. Авторы отмечают приоритет советских -ученых Я. И. Френкеля и Л. Д. Ландау, впервые указавших на захват электронов решеткой, а также И. Е. Тамма в вопросе о поверхностных уровнях. Однако значение этих работ авторы явно недооценивают. Им, повидимому, остались неизвестны многие эксперименты, подтверждающие исследования советских физиков, которые получили большое значение в современном учении о полупроводниках.
Значительное место в книге занимают вопросы, связанные с изложением основных представлений теории полупроводников.
Следует отметить, что изучение электрических свойств полупроводников, в особенности за два последних десятилетия, приводит к все более широкому их применению в самых различных областях техники: из полупроводников сооружаются выпрямители переменного тока, совсем недавно появились твердые усилители для радиотехники, давно известны фотосопротивления для автоматики и. телеуправления, тензометры, болометры и термоэлементы для измерительной техники. С помощью теории полупроводников удалось выяснить ряд вопросов, связанных с фотографическими процессами, люминесценцией и т. п.; на основе этой теории ныне успешно разрабатываются светосоставы,# лампы дневного света.
Существенный вклад в развитие наших представлений об электронных и ионных процессах в кристаллах и, в частности, в полупроводниках внесен работами советских ученых. Однако значительная часть этих работ в книге Мотта и Герни не упоминается. Например, полностью отсутствует изложение теории „поляронов".
развиваемой за последнее время С. И. Пекаром. Вопрос о подвижности носителей тока в ионных кристаллах хотя и был раньше рассмотрен одним из авторов (Моттом), однако строгая и более правильная теория дана была вскоре Давыдовым и Шмушкевичем. Те же советские авторы развили теорию подвижности в атомных решетках, чего авторы книги также не отмечают. По вопросу о проводимости в сильных электрических полях и пробое авторы игнорируют опубликованные еще до войны советские работы (Давыдова, А. В. Иоффе, Пружининой-Грановской, Френкеля и др.).
Отсутствует также упоминание о советских экспериментальных работах, впервые выяснивших природу запорных слоев как на границе с металлом, так и на границе двух полупроводников и механизм выпрямления. Весьма фрагментарно изложены явления фотопроводимости без серьезного анализа обширных экспериментальных исследований, в особенности советских. Отсутствует даже упоминание о советских работах по теории скрытого изображения, хотя эти работы полнее рассматривают и решают задачу, чем исследования немецкой школы Поля.
Наконец, в книге отсутствует такая важная и быстро растущая область, как твердые усилители, вызвавшие уже значительную литературу к моменту опубликования книги.
Приведенный список недочетов показывает, что настоящую книгу нельзя рассматривать .как сводку всех результатов исследования электронных полупроводников, полученных до 1948 г. Тем не менее большим достоинством книги, оправдывающим ее появление в русском переводе, является ясность изложения ряда трудных вопросов теории и объединение сравнительно обширного опытного материала в единую стройную картину на базе использования методов квантовой механики.
Книга будет полезна для физиков, изучающих полупроводники, и для инженеров, работающих в одной из областей их применения.
Акад. А. Ф. Иоффе.
ВВЕДЕНИЕ
Оптические и электрические свойства электронов в ионных кристаллах тесно связаны между собой. Изучая сложные процессы, протекающие в ионных кристаллах, в их взаимной связи друг с другом, можно надеяться понять механизм явлений, лежащих в основе этих свойств. В этой книге мы попытались сопоставить все основные свойства ионных кристаллов — оптические, электрические и химические — с состоянием электронов в этих кристаллах и показать возможность объяснения их на>основе квантовой механики.
Многие из наиболее важных свойств ионных кристаллов зависят существенным образом от наличия в них малых количеств какой-либо примеси или же от несовершенства кристаллической решетки. Только один тип дефектов решетки изучен достаточно исчерпывающе— мы имеем в виду так называемые центры окрашивания в щелочно-галоидных кристаллах. Мы надеемся, что обсуждение этой области вопросов в гл. IV будет способствовать пониманию наблюдаемой общности свойств ряда веществ, имеющих большое техническое приложение; некоторые из этих веществ упоминаются в последующих главах. Из огромного количества экспериментального материала, имеющегося по этим вопросам, мы использовали дишь наиболее современные данные, позволяющие притти к некоторым определенным теоретическим заключениям.
Как это следует из самого названия книги, в ней рассматриваются непосредственно не структура ' иди статические свойства ионных кристаллов, а различные протекающие в них процессы. Тем-не менее для описания этих процессов необходимо знать силы взаимодействия между ионами, спектр колебаний решетки и значения диэлектрической постоянной идеальных кристаллов; этим вопросам посвящена гл. I. В гл. II изложена теория теплового равновесия дефектов решетки в чистых кристаллах, разработанная Вагнером и Шоттки. В гл. III начинается теоретическое рассмотрение поведения электронов в ионных кристаллах, исследуется их движение и взаимодействие с решеткой. В гл. IV речь идет о полярных кристаллах, содержащих избыток одной из компонент по отношению к стехиометрии, и, в частности, о свойствах окрашенных центров (F-центров) в щелочно-галоидных кристаллах; здесь же рассмотрен
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие......................... sj"
Введение........................... 7
Глава I. Идеальная ионная решетка .............. 9 V
1. Введение......................... 9
2. Силы сцепления в ионных кристаллах; теория...... g
3. Силы сцепления; сравнение с опытом........... 15 .
4. Полярная и гомеополярная связь............. 17 '"
5. Диэлектрическая постоянная............... 19
А. Поляризуемость ионов................. 19* •
Б. Диэлектрическая постоянная в статических полях ... 29 •
6. Колебания решетки в ионных кристаллах........ 33
Литература....................t..... 36
Глава П. Дефекты решетки в тепловом равновесии....... 3fr
1. Различные типы дефектов в решетке........... 38"
2. Степень беспорядка; подробные формулы......... 42
3. Диффузия дефектов решетки............... 46
4. Электролитическая проводимость полярных кристаллов . . 50
5. Ионная проводимость и теория дефектов в кристалле ... 54 у
6. Подвижность и энергия активации............ 59
7. Теоретический расчет энергии активации......... 71
8. Кристаллы с аномально высокой ионной проводимостью . . 77
9. Дополнение. Теоретический вывод соотношения Эйнштейна
между подвижностью v и коэфициентом диффузии D за- <
ряженной частицы •.................... 78
Литература......................... 79
Глава III. Электроны в полярных кристаллах.......... 80
1. Электроны в периодическом поле............. 80 ,
2. Методы описания сил сцепления в твердых телах; атомная '<
модель (Гейтлер — Лондон) и модель объединенных электро- ^
нов (Блох)........................ 81 .^
Положительные дырки.................. 84 *
3. Электроны в полярных кристаллах............ «'85 v \
4. Положительные дырки в ионных кристаллах....... 91 >
5. Захват электронов неоднородностями кристаллической ре- ' шетки........................... 98
A. Захват электронов дефектами решетки......... 98 =,
Б. Поверхностные уровни................. Ю* ^
B. Захват электронов идеальной кристаллической решеткой ^ по Ландау........................ *°* '
6. Поглощение света неметаллами.............. 107
7. Поглощение щелочно-галоидных кристаллов в ультрафиолетовой области..................... 112
8. Спектры поглощения других полярных кристаллов .... 119
9. Спектры поглощения, обусловленные примесями и захватом электронов.............• •....... 121
10- Абсолютное значение коэфициента поглощения...... 122
11. Фотопроводимость..................... 123
12. Средняя длина свободного пробега электрона в изоляторе 124 Литература ......................... 129
'лава IV. Центры окрашивания в щелочно-галоидных соединениях и связанные с ними явления.......•..... 181
1. Кристаллы неетехиометрического состава......... 131
2. Модель центров окрашивания............... 133
3. Спектр поглощения электрона, захваченного вакантным узлом решетки...................... 136
4. Фотопроводимость изолирующих кристаллов........ 139
5. Сдвиг фотоэлектронов......-............. 146
А. Щелочно-галоидные кристаллы с центрами окраски . . 146
Б. Фотоэлектроны в других кристаллах......... 154
6. Температурная зависимость фототока........... 156
А. Щелочно-галоидные кристаллы............. 156
Б. Другие изолирующие кристаллы............ 160
7. Перемещение ^-центров.................. 162
8. Кристалл в тепловом равновесии с паром......... 166
9. Образование .F-центров из 17-центров.......... . 170
Литература.................• •.....• 175
л а в а V. Полупроводники и изоляторы............. 176
1. Различные типы полупроводников ............ 176
2. Изменение проводимости с температурой......... 181
3. Соотношение между тепловой и оптической энергиями активации.............. . . •........... 185
4. Обсуждение некоторых экспериментальных данных, касающихся полупроводников.................. 187
5. Подвижность электронов в полупроводниках...... 192
6. Контакт металла с изолятором............... 193
7. Контакт металла с полупроводником............ 199
8. Выпрямление на границе между металлом и полупровод-
ником ..........• •.............. 202
9. Вторичные фототоки в изоляторах............. 211
10. Фототек в полупроводниках................ 214
11. Фотоэлектродвижущие силы и свойства вентильных фотоэлементов ......................... 218
12. Проводимость в очень сильных полях........... 221
13. Пробой диэлектриков................... 222
Литература ......................... 226
Глава VI. Люминесценция и рассеяние энергии......... 229
1. Введение.......................... 229
2. Затухание послесвечения................. 235
3. Рассеяние энергии в виде тепла. Условия возникновения люминесценции и зависимость флуоресценции от температуры ........................... 246
4. Нефотопроводящие фосфоры, активированные примесями. • Щелочно-галоидные фосфоры, активированные таллием . . 250
Литература......................... 253
Глава VII. Фотохимические процессы в галоидах серебра и скрытое фотографическое изображение............ 254
1. Фотохимическое восстановление галоидов серебра......254
2. Явление „видимого потемнения"............... '-256
?. Скорость роста крупинок серебра............. 260
4. Скрытое изображение................... 262
5. Химическое проявление.................. 263
6. Размеры скрытого изображения.............. ,'266
7. Влияние низких температур на образование скрытого изо-
бражения......................... 267
8. Влияние температуры на первичный процесс....... 270
9. Сенсибилизация красителями.........'..... 270
10. Эффект Гершеля...................... 272
11. Нарушение закона взаимности............... 274
12. Дополнение........................ 276
Литература ......................... 277
Глава VIII. Процессы, связанные с переносом ионов и электронов 279
1. Окисление металлов....................• 279
2. Восстановление ионных кристаллов...........• • 293
Образование ядер....................i. 296
Литература.......................... 299
Дополнение. Значения ионных радиусов (в см-Ю-8)..... 300
Цена: 150руб.
