MAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT - A MTA III. OSZTÁLYÁNAK FIZIKAI KÖZLEMÉNYEI 7. KÖTET (1959)
7. kötet / 1. sz. - NEUGEBAUER TIBOR: A tranzisztortulajdonságokkal rendelkező binér anyagok felépítése
WflAANQ* SP/" VW1 QV '/.' TOFLOVVV A TRANZISZTORTULAJDONSÁGOKKAL RENDELKEZŐ RINÉR ANYAGOK FELÉPÍTÉSE* NEUGEBAUER TIBOR Eötvös Loránd Tud. Egyetem Elméleti Fizikai Intézet A két tipikus tranzisztoranyag a Ge és a Si mellett újabban H. Welker és munkatársai egy egész sereg a periódusos rendszer harmadik és ötödik mellékcsoportjában álló elemek közti binér vegyületről is kimutatták, hogy ezek tipikus tranzisztortulajdonságokkal rendelkeznek. Az említett elemek gyémántrácsban, míg a vegyületek ZnS- (vagy az analóg Wurtzit-) rácsban kristályosodnak. Felmerül itt az a kérdés, hogy mivel a szóbanforgó elemek rácsát kémiai vegyértékelők tartják össze, míg a binér vegyületeknek (legalább is az elemi elmélet szerint) ion-vegyületeknek kellene lenniük, hogyan lehetséges az, hogy mindkettőjüknél annyira analóg fizikai tulajdonságok lépnek fel. Ezen kérdés tisztázása céljából először az a probléma lesz megbeszélve, hogy egy egyvegyértékű ionokból felépített ZnS-rács kohézióját milyen energiatagok okozzák. Különösen fontos, hogy polarizációs energia is fellép, amelynek az elemi elmélet szerint el kellene tűnnie, de a tér inhomogenitásának tekintetbevételével ki lesz mutatva, hogy a potenciálfüggvény sorbafejtésénél a harmadik Legendre-polinomtól származó tag már nem tűnik el. Az ionok töltésének a növekedésével az energiatagok relatív nagysága erősen eltolódik és ha ez a hármat eléri, a nagy polarizációs energia már teljesen elkeni az ionkaraktert és a kötést egy Pauling-szerű homopoláris típusba viszi át. Ezek a binér tranzisztoranyagok. Bevezetés Amint ismeretes, két elem a germanium és a szilícium a tipikus tranzisztoranyagok. Mindkettő az ún. gyémántrácsban kristályosodik, amely egy szabályos rendszerbeli rács, és amelyben minden atomot a négy közvetlen szomszédja tetraéderszimmetrikusan vesz körül. Úgy a Ge, mint a Li négyvegyértékűek és ezért tudnak négy közvetlen szomszédot vegyértékelőkkel megkötni, tehát tipikus valenciaráccsal van dolgunk, akárcsak a gyémántnál. Mindkét említett anyag azonkívül úgynevezett szennyezési félvezető, a gyenge vezető tulajdonságaik tehát nem a tiszta rácsnak, hanem a kis mennyiségben jelenlevő idegen atomnak a következménye. Ha pl. a germaniumrácsban kevés számú germanium atomot a háromvegyértékű gallium atomjaival pótolunk, úgy egy úgynevezett p- (pozitív)-típusú tranzisztoranyagot nyerünk, amelyben egyes elektronok hiányzanak, tehát a helyükön keletkező „lyukak" mint pozitív elektronok viselkednek. Hasonlóan, ha a hiányzó germaniumatomokat az öt * Előadva 1957. dec. 18-án „Előadások a kristályfizika köréből" című konferencián. I Fizikai Folyóirat VII/1