ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
нм для O-O). Взаимное же расположение тетраэдров легко варьируется ,
обеспечивая структурную гибкость SiO
2
. Угол связи между соседними
атомами кремния , соединенными мостиковым кислородом, может меняться
от 120
0
до 180
0
. Такая структурная гибкость определяет многие уникальные
свойства двуокиси кремния , в том числе способность формирования
качественной границы с кристаллом кремния .
Кремний - кислородная связь имеет ковалентно - ионный характер с
долей ионности 40-50% (к атому кислорода смещен отрицательный заряд,
близкий по значению к заряду электрона). Ковалентная связь во фрагменте
Si-O-Si имеет три компоненты , определяемые электронным заполнением
орбиталей атомов кислорода (1s
2
2s
2
2p
4
) и кремния (1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
) в
основном состоянии . Со стороны кремния в формировании ковалентной
связи участвуют sp
3
гибридизированные орбитали , направленные к атомам
кислорода в вершинах тетраэдра SiO
4
. Взаимодействуя с p-орбиталями
кислорода, sp
3
орбитали кремния создают
σ
-связи, ориентации которых
совпадают с направлениями осей Si-O. Кроме того , вклад в ковалентную
связь дают гибридизированные орбитали кремния , формируемые
незаполненными 3d и 4s оболочками. Они ориентированы в направлениях,
соответствующих минимальному перекрытию с sp
3
орбиталями.
Взаимодействуя с частично заполненными p-орбиталями кислорода, они
образуют
σ
-связи , ориентация которых нормальна к направлению оси Si-O.
Ориентированные вдоль оси Si-O
σ
-связи стремятся к созданию угла SiOSi
между соседними тетраэдрами в 180
0
. Этому препятствуют
σ
-связи,
стремящиеся уменьшить угол SiOSi до 90
0
. Соотношение вкладов
рассмотренных составляющих в ковалентную связь может меняться без
заметного изменения полной энергии системы, что и обеспечивает
структурную гибкость двуокиси кремния . Дополнительная
σ
-связь в
двуокиси кремния образуется 2p орбиталями соседних атомов кислорода, не
участвующих в формировании связей с кремнием . Взаимодействующие
орбитали в кислородной
σ
-связи ориентированы нормально к оси связи Si-
O.
Рассмотренная квантовая природа Si-O связи определяет сложный
характер структуры энергетических зон двуокиси кремния . Валентная зона
SiO
2
cостоит из нескольких подзон. Нижняя подзона обусловлена
расщеплением 2s состояний кислорода, а более высокие -
взаимодействующими sp
3
(Si) и 2p(O) орбиталями. Верхняя валентная
подзона образована расщеплением взаимодействующих 2p орбиталей
кислорода. Эта подзона определяет дырочный транспорт в слоях SiO
2
.
Подвижность дырок в двуокиси кремния составляет 10
-5
-10
-10
см
2
В
-1
с
-1
.
Столь низкие значения подвижности связаны с тем , что наличие дырки
нм для O-O). В заим но е ж е расп о ло ж ение тетраэдро в лег ко варьируется ,
о бесп ечивая структурную гибко сть SiO2. У гол свя зи меж ду со седним и
ато мами кремния , со единенны ми мо стико вы м кисло ро до м, мо ж етменя ться
0 0
о т120 до 180 . Т акая структурная гибко сть о п ределя етмно гие уникальны е
сво й ства двуо киси крем ния , в то м числе сп о со бно сть фо рмиро вания
качественно й г раниц ы с кристалло м кремния .
К ремний -кисло ро дная свя зь имеет ко валентно -ио нны й характер с
до лей ио нно сти 40-50% (к ато му кисло ро да смещ ен о триц ательны й заря д,
близкий п о значению к заря дуэлектро на). К о валентная свя зь во фрагменте
Si-O-Si имеет три ко мп о ненты , о п ределя ем ы е электро нны м зап о лнением
о рбиталей ато мо в кисло ро да (1s22s22p4 ) и кремния (1s2 2s2 2p63s23p6) в
о сно вно м со сто я нии. Со сто ро ны крем ния в фо рмиро вании ко валентно й
свя зи участвую тsp3 гибридизиро ванны е о рбитали, нап равленны е к ато мам
кисло ро да в вершинах тетраэдра SiO4. В заимо дей ствуя с p-о рбиталя м и
кисло ро да, sp3 о рбитали кремния со здаю т σ -свя зи, о риентации ко то ры х
со вп адаю т с нап равления м и о сей Si-O. К ро ме то г о , вклад в ко валентную
свя зь даю т гибридизиро ванны е о рбитали кремния , фо рмируем ы е
незап о лненны ми 3d и 4s о бо ло чками. О ни о риентиро ваны в нап равления х,
со о тветствую щ их минимально му п ерекры тию с sp 3 о рбиталя ми.
В заимо дей ствуя с частично зап о лненны м и p-о рбиталя м и кисло ро да, о ни
о бразую тσ -свя зи, о риентац ия ко то ры х но рмальна к нап равлению о си Si-O.
О риентиро ванны е вдо ль о си Si-O σ -свя зи стремя тся к со зданию углаSiOSi
меж ду со седними тетраэдрами в 1800 . Э т о му п реп я тствую т σ -свя зи,
0
стремя щ иеся уменьшить уг о л SiOSi до 90 . Со о тно шение вкладо в
рассмо тренны х со ставля ю щ их в ко валентную свя зь мо ж ет меня ться без
заметно г о изменения п о лно й энерг ии системы , что и о бесп ечивает
структурную гибко сть двуо киси кремния . Д о п о лнительная σ -свя зь в
двуо киси кремния о бразуется 2p о рбиталя ми со седних ато мо в кисло ро да, не
участвую щ их в фо рмиро вании свя зей с кремнием. В заимо дей ствую щ ие
о рбитали в кисло ро дно й σ -свя зи о риентиро ваны но рмально к о си свя зи Si-
O.
Рассмо тренная кванто вая п риро да Si-O свя зи о п ределя ет сло ж ны й
характер структуры энерг етических зо н двуо киси крем ния . В алентная зо на
SiO2 cо сто ит из неско льких п о дзо н. Н иж ня я п о дзо на о бусло влена
расщ еп лением 2s со сто я ний кисло ро да, а бо лее вы со кие -
3
взаимо дей ствую щ ими sp (Si) и 2p(O) о рбиталя ми. В ерхня я валентная
п о дзо на о бразо вана расщ еп лением взаимо дей ствую щ их 2p о рбиталей
кисло ро да. Э та п о дзо на о п ределя ет ды ро чны й трансп о рт в сло я х SiO2 .
П о движ но стьды ро к вдвуо киси кремния со ставля ет10-5-10-10 см 2 В -1с-1.
Сто ль низкие значения п о движ но сти свя заны с тем, что наличие ды рки
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- …
- следующая ›
- последняя »
