Charakterystyka półprzewodników

Półprzewodniki stanowią specjalną grupę ciał, które pod względem przewodzenia prądu elektrycznego zajmują miejsce pośrednie pomiędzy przewodnikami a dielektrykami. Przewodzenie ich jednak bardzo różni się od przewodzenia metali i te różnice przewodzenia pozwoliły na bardzo cenne wykorzystanie praktyczne półprzewodników. Do stosowanych w elektrotechnice półprzewodników zalicza się german, krzem, selen, tlenek miedzi.

Przewodzenie prądu elektrycznego przez półprzewodniki rozpatrzymy na przykładzie chemicznie czystego germanu (rys.1.1). Atomy jego tworzą siatkę krystaliczną w postaci szeregu zespolonych ze sobą sześcianów. Pojedynczy sześcian zawiera pięć atomów germanu - cztery w narożnikach i jeden w środku sześcianu. Każdy z atomów kryształu ma cztery elektrony walencyjne. Łączą się one z podobnymi im elektronami z sąsiednich atomów w pary elektronowe, tworząc wiązania.

(rys.1.1) rysunek przedstawia schematycznie w ujęciu płaskim wiązania w krysztale germanu.

W przeciwieństwie do metali w germanie chemicznie czystym nie występują elektrony swobodne i zachowuje się on w bardzo niskich temperaturach jak dielektryk. Przez dostarczenie do kryształu odpowiedniej ilości energii cieplnej lub świetlnej można spowodować zniszczenie wiązania atomowego. W wyniku czego zostanie z tego atomu wyzwolony elektron umożliwiający przewodzenie prądu. W sieci krystalicznej w miejscu wyzwolonego elektronu pozostanie przestrzeń pusta, nazwana dziurą, która zachowuje się tak, jak ładunek dodatni ( przewaga dodatniego ładunku jądra po utracie jednego elektronu) i może być również nośnikiem prądu elektrycznego. A zatem wyzwolenie elektronu w krysztale germanu powoduje powstanie pary: elektron - dziura. Oba te nośniki, tzn. ujemny elektron i dodatnia dziura, umożliwiają przewodzenie prądu elektrycznego.

Dalsze doprowadzenie ciepła powoduje wyzwolenie coraz to większej liczby elektronów swobodnych, w wyniku czego opór właściwy półprzewodnika maleje. Tę właściwość półprzewodników wykorzystano do budowy tzw. Termistorów, czyli oporników o oporze malejącym ze wzrostem temperatury. Wykorzystuje się to do ograniczenia prądu rozruchu np. silników elektrycznych małej mocy.

Przewodzenie dziurowe przebiega w ten sposób, że w atomie w miejsce dziury pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego przechodzi elektron z sąsiedniego atomu, w którym powstaje dziura, do której trafia elektron z następnego, sąsiedniego z kolei atomu itd. Ruch dziury odbywa się, więc swego rodzaju skokami, tym się tłumaczy poruszanie się dziur. Tego rodzaju przemieszczanie się dziur jest równoważne z prądem elektrycznym, którego nośnikami są ładunki dodatnie dziur.

Tworzące się pod wpływem energii cieplnej pary elektron - dziura po upływie pewnego czasu rzędu 10-4s ulegają rekombinacji, czyli wychwytywaniu przez zjonizowane atomy brakujących elektronów. Przy danej temperaturze w jednostce objętości półprzewodnika ilość par elektron - dziura utrzymuje się mniej więcej stała. Materiały takie nazywamy półprzewodnikami samoistnymi.

Przez wprowadzenie do sieci krystalicznej czystego germanu lub krzemu, nieznacznej ilości domieszki arsenu lub antymonu o wartościowości równej 5, tzn. mającego 5 walencyjnych elektronów zmieniają się zasadniczo właściwości germanu (rys.1.2). A mianowicie cztery elektrony walencyjne domieszki zostaną powiązane z atomami germanu, a piąty staje się elektronem swobodnym i może
być nośnikiem prądu wewnątrz siatki krystalicznej.

Rys.1.2 sieć krystaliczna germanu z domieszką arsenu

Domieszka arsenu dostarcza, więc do germanu elektrony swobodne. Taki półprzewodnik nazywa się półprzewodnikiem typu n ( n - negative). Domieszki dostarczające do półprzewodnika elektrony swobodne, jak arsen lub antymon, nazywają się donorami.

Przez wprowadzenie do sieci krystalicznej germanu lub krzemu domieszki z pierwiastka o wartości równej 3, np. boru, indu, które mają trzy elektrony walencyjne, zmieniają się właściwości germanu lub krzemu (rys.1.3). W siatce krystalicznej germanu zabraknie, więc jednego elektronu do wytworzenia 4 powiązań.

Rys.1.3 sieć krystaliczna germanu z domieszką indu

Brak elektronu stwarza puste miejsce, czyli dziurę, która może być nośnikiem prądu elektrycznego. Taki półprzewodnik nazywa się półprzewodnikiem typu p ( p - positive). Domieszki powodujące tworzenie się dziur w półprzewodniku nazywają się akceptorami.

Najpopularniejsze przyrządy oparte na półprzewodnikach:

• Dioda półprzewodnikowa
Jest to element elektroniczny wykorzystujący właściwości złącza p-n., Gdy biegun dodatni źródła prądu połączymy z warstwą p, a ujemny z warstwą n, wówczas obniży się bariera potencjału, co umożliwi dyfuzję elektronów z obszaru n do obszaru p. Taki układ nazywamy polaryzacją w kierunku przewodzenia. Jeżeli zmienimy biegunowość źródła prądu to dioda przejdzie w stan zaporowy tzn. praktycznie nie będzie przewodziła prądu w odwrotnym kierunku. Szczególnym rodzajem diody jest dioda Zenera. Drastycznie zmienia swoją oporność po przekroczeniu pewnej wartości napięcia np. 12V. Diody znalazły szczególne zastosowanie w układach prostujących służących do zmiany prądu przemiennego w stały.
• Tranzystor jest elementem wzmacniającym sygnały elektryczne. Składa się on z trzech warstw i dwóch złącz. Całość jest umieszczona w obudowie hermetycznej z trzema wyprowadzeniami. Wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje tranzystorów typu n-p-n i p-n-p. W tranzystorach n-p-n pierwszy z obszarów n połączony jest ze stykiem nazywanym emiterem (w bezpośrednim sąsiedztwie styku znajduje się duża koncentracja domieszek), obszar p z tzw. bazą, a drugi obszar n z tzw. kolektorem. Działanie tranzystora polega na tym, że prąd płynący z emitera do kolektora sterowany jest przez prąd bazy.
•Tyrystor przewodzi prąd tylko w jednym kierunku od anody do katody. Jeżeli wartość prądu spadnie do wartości bliskiej zeru lub gdy zmieni się kierunek prądu to tyrystor przechodzi w stan zaporowy. Aby tyrystor zaczął przewodzić prąd, to na anodzie powinien pojawić się biegun dodatni oraz impuls dodatni na bramkę.
Tyrystor inaczej jest nazywany diodą sterowaną. Stosowany jest w urządzeniach sterujących, regulatorach obrotów i regulatorach poboru mocy. Podłączony do prądu przemiennego przepuszcza prąd połowy sinusoidy i blokuje się przy zmianie kierunku prądu. Regulując moment impulsu na bramkę możemy wykorzystywać całą lub tylko część energii. Oprócz tyrystorów klasycznych buduje się również tyrystory symetryczne typu TRIAC, które zastępują dwa tyrystory i umożliwiają prostowanie dwópołówkowe. Tyrystor jest prostownikiem jednopołówkowym. Jego praktyczne znaczenie można zobaczyć w ściemniaczach światła, zmienia jego natężenie bez dodatkowych strat energii.
• Fotodioda półprzewodnikowa jest to półprzewodnik spolaryzowany w kierunku zaporowym, w której pod wpływem natężenia oświetlenia padającego przez mały otwór w obudowie zmienia się prąd wsteczny i fotodioda zaczyna wytwarzać napięcie. Moc tego ogniwa jest jednak niewielka i główne zastosowanie znalazła ona w układach pomiarowych fotometrycznych.
• Termistor jest to opornik półprzewodnikowy, którego oporność zależy w głównym stopniu od temperatury. Półprzewodnik ten jest stosowany głównie, jako czujnik temperatury, np.: w elektronicznych przyrządach pomiarowych, które można spotkać w samochodach, pralkach bądź piekarnikach.
• Układ scalony jest to również jeden z rodzaju półprzewodników. Jest zminiaturyzowanym zespołem bardzo wielu tranzystorów, diod, rezystorów. Może być wykonany z jednego kryształu półprzewodnika lub naniesiony warstwowo na izolujące podłoże.

Materiały półprzewodnikowe

Ciała stałe krystaliczne, bezpostaciowe oraz ciecze wykazujące właściwości półprzewodnikowe (patrz półprzewodniki). Właściwości oraz powstawanie zależą od położenia ich składowych pierwiastków chemicznych w układzie okresowym. Półprzewodniki typu diamentu występują pośród pierwiastków skłonnych do kształtowania struktury krystalicznej tetraedrycznej o liczbie koordynacyjnej równej 4 (struktura diamentu); istotną rolę odgrywają tutaj parametry energetyczne tych pierwiastków a zwłaszcza powinowactwo elektronowe.

Pierwiastki IV grupy: C (diament), Si, Ge oraz Sn są półprzewodnikami i krystalizują w strukturze diamentu. Pierwiastki innych grup niewykazujące własności półprzewodników, wiążą się w pary, z których każda złożona jest z pierwiastków równo oddalonych od IV grupy. Uzyskane w ten sposób półprzewodnikowe związki chemiczne typu A3B5 lub A2B6 (A, B- pierwiastki; cyfry oznaczają numery grup) są krystalochemicznymi analogonami półprzewodników IV grupy i krystalizują głównie w strukturze siarczku cynku ZnS. W związkach tych każdy atom posiada 4 elektrony walencyjne, co jest przyczyną wspólnych właściwości z pierwiastkami IV grupy. Z drugiej strony obecność 2 rodzajów atomów zakłóca symetrię sieci i powoduje występowanie wiązania jonowego obok kowalentnego, co z kolei doprowadza do pewnych różnic w ich właściwościach. Półprzewodniki typu diamentu są stosowane w radioelektronice, odznaczają się, bowiem dużą ruchliwością nośników, stosunkowo wysoką temperaturą topnienia, wytrzymałością mechaniczną i chemiczną.
Krystaliczne nieorganiczne materiały półprzewodnikowe

Pierwiastki IV grupy. Poza Germanem i Krzemem interesujący jest względem zastosowania diament: diament typu IIb ma oporność właściwą 0,5-12 Ωm, zaś typu I i IIa ( w temperaturze pokojowej) 1012-1014 Ωm. Na styku diamentu typu IIb z wolframem obserwuje się prostowanie, przy czym znak prostowania wskazuje na przewodnictwo typu p. W temperaturze 100- 600 °C diament staje się zwykłym półprzewodnikiem typu p. W krysztale diamentu obserwuje się zjawisko fotoelektryczne i fotoprzewodnictwo. Ze względu na dużą wartość pasma wzbronionego (5,4-5,6 eV) a także stabilność chemiczną oraz cieplną diament stosuje się do budowania urządzeń półprzewodnikowych pracujących w wysokich temperaturach (do 500°C). Diament stosuje się w tranzystorach półprzewodnikowych oraz termistorach.

Półprzewodniki typu A3B5 trudno rozpuszczają się w wodzie i są odporne na działanie tlenu w wilgotnym powietrzu (z wyjątkiem związków Al, poddanych hydrolizie). A3B5 stanowią jedyne związki danych pierwiastków ze sobą, przy czym nie obserwuje się odstępstw od składu stechiometrycznego. W stanie równowagi fazę gazową nad A3B5 stanowi lotny składnik B5. Syntezę A3B5 przeprowadza się z uprzednio oczyszczonych A3 i B5, zazwyczaj w zamkniętych kwarcowych naczyniach w temperaturze dobranej z uwzględnieniem dużego ciśnienia pary nasyconej B5 szczególnie (As i P) nad roztopionym materiałem; po syntezie następuje krystalizacja monokryształów półprzewodnika. Połączenie procesów syntezy i krystalizacji monokryształów pozwala uzyskać czystsze półprzewodniki. W półprzewodnikach A3B5 domieszki pierwiastków II grupy stanowią akceptory, zaś pierwiastki VI grupy- donory. Półprzewodniki A3B5 odznaczają się poza tym dużą ruchliwością elektronów, niską ruchliwością dziur oraz małą efektywną masą nośników prądu. Najważniejsze zastosowanie półprzewodników A3B5:

InSb, InAs- odbiorniki w zakresie podczerwieni, czujniki oparte na efekcie Halla;

InP, GaAs, GaP- prostowniki pracujące w podwyższonych temperaturach (diody półprzewodnikowe);

AlSb, GaAs- baterie słoneczne;

GaSb, GaAs- diody tunelowe;

InAs, GaAs, GaP- generatory optyczne;

Półprzewodniki typu A2B6 są trwałymi związkami chemicznymi trudno rozpuszczalnymi w wodzie i odpornymi na działanie powietrza. Substancje typu A2B6 odznaczają się wysoką temperaturą topnienia i dużą prężnością pary nad częścią stopioną. Dlatego też synteza A2B6 zachodzi głównie w fazie gazowej (np. drogą jednoczesnej destylacji wyjściowych składników); niektóre związki takie jak CdTe, HgTe można otrzymywać przez bezpośrednie stopienie. Odchylenie od składu stechiometrycznego (A2B6 mogą rozpuszczać nadmiar A2 i B6) zmienia typ przewodnictwa podobnie jak wprowadzenie regulujących domieszek. Zastosowanie półprzewodników typu A2B6 wiążą się z ich czułością na promieniowanie elektromagnetyczne (fotooporniki, fotokomórki, warstwy fotoczułe w przyrządach elektronowych, dozymetrach, licznikach, itp.).

Materiały półprzewodnikowe termoelektryczne i fotoelektryczne

Związki niektórych metali z S, Se i Te tworzą grupy chalkogenidów półprzewodnikowych, charakteryzujące się niewielkimi wartościami szerokości pasma wzbronionego niskimi temperaturami topnienia i dobrymi własnościami termoelektrycznymi. Niektóre spośród określonych powyżej materiałów półprzewodnikowych odznaczają się dużą wartością fotoprzewodnictwa w zakresie podczerwonej części widma fal elektromagnetycznych (np. związki Pb) Syntezę półprzewodników tego typu przeprowadza się przez stopienie w zamkniętych naczyniach kwarcowych lub w otwartych tyglach z topnikiem. Związki Pb mają wykorzystuje się w przyrządach fotoelektrycznych, natomiast Sb2S3 (antymonit) służy do sporządzania warstw światłoczułych. Półprzewodnikami będące pierwiastkami innych grup. Prócz pierwiastków IV grupy półprzewodnikami są także Te, B oraz metaliczny(szary) Se, który wykazuje zawsze przewodnictwo dziurowe, co wiąże się z dużą liczbą defektów sieci krystalicznych (nawet w monokryształach). Selen silnie zmienia przewodnictwo pod wpływem oświetlenia i w związku z tym stosuje się go do budowy prostowników, fotokomórek oraz fotooporników, używa się go także w elektrografii. Przewodność elektryczna telluru prawie nie zależy od oświetlenia; w postaci czystego pierwiastka nie stosuje się go. Bor jest materiałem trudnotopliwym wyróżnia się poza tym stabilnością chemiczną i nie utlenia się nawet podczas ogrzewania w powietrzu do temperatury 700 °C. Przewodność elektryczna boru wzrasta 106 razy przy podgrzewaniu do 800 °C, przy czym ulega zmianie także typ przewodnictwa (w niskich temperaturach- elektronowe, w wysokich- dziurowe).

Półprzewodniki tlenkowe są to trudno topliwe tlenki niektórych (głównie przejściowych) metali takich jak:

Cr2O3 - tlenek chromu (III) MnO - tlenek manganu (II)

Mn3O4 - tlenek manganu Fe2O3 - tlenek żelaza (III)

CoO - tlenek kobaltu (II) NiO - tlenek niklu (II)

Cu2O- tlenek miedzi (I)

oraz związki typu ZnFe2O4, MgCr2O4, LaMnO3, stanowiące mieszaniny różnych tlenków (np. ZnFe2O4→ ZnO + Fe2O3). Ich przewodność elektryczna jest mała (10-5- 10-9 Ωm) za wyjątkiem magnetytu Fe3O4 (Ωm). Przewodnictwo półprzewodników tlenkowych jest typu elektronowego. Produkcja ich jest podobna do produkcji ceramiki. Największe zastosowanie znalazły w budowie termistorów. Tlenek miedzi stosuje się poza tym w prostownikach miedziowych.

Związki metali grup przejściowych z B, C, N, Si, np. krzemki (MoSi2, CrSi2, ReSi2) a także związki B4C, Si3N2, Si3N4, i inne oraz ich stopy tworzą grupę wysokotemperaturowych półprzewodników, wyróżniających się dużą stabilnością chemiczną i cieplną ( np. ReSi2 jest odporny na utlenianie do temperatury 1600 °C). Takie półprzewodniki stosuje się, jako materiał do bezpośredniego pomiaru wysokich temperatur w szkodliwych środowiskach. Można je także wykorzystywać do budowy generatorów termoelektrycznych pracujących w wysokich temperaturach.

Związki metali grup przejściowych oraz pierwiastków ziem rzadkich (Eu, Gd, La, itd.; również związki U) prócz własności półprzewodnikowych mają cechy typowych materiałów magnetycznych. Półprzewodniki te wykazują szereg anomalnych własności szczególnie w pobliżu temperatury przejścia od stanu uporządkowania magnetycznego do stanu paramagnetycznego.

Krystaliczne organiczne materiały półprzewodnikowe

Do półprzewodników organicznych należą policykliczne węglowodory aromatyczne (naftalen, antracen, Iren i inne), barwniki organiczne, pigmenty (chlorofil, karoten i pigmenty krwi) oraz niektóre polimery (poliazyny, polimery acetylenowe, polizasady Schaffa).

Półprzewodniki organiczne powstają podczas obróbki termicznej i napromieniania wielu polimerów niezawierających wiązań sprzężonych (poliakrylonitryl, polichlorek winylu, polietylen). Do półprzewodników organicznych należą również pewne układy donorowo- akceptorowe 2 związków organicznych oraz związki organiczne tzw. Kompleksy z przeniesieniem ładunku (z ang. charge transfer). Przewodność właściwa półprzewodników organicznych zawiera się w granicach 10.13- 10.1

Ωm (kompleksów z przeniesieniem ładunków do 104 Ωm) w temperaturze pokojowej i zmienia się wraz z temperaturą. Większość półprzewodników organicznych odznacza się fotoprzewodnictwem. Przy natężeniu oświetlenia 100- 1000 lx ( w temperaturze pokojowej) przewodnictwo błonek wykonanych z niektórych barwników wzrasta 100- 1000 razy (w porównaniu z przewodnictwem ciemnym). Półprzewodnikowy charakter przewodnictwa elektrycznego półprzewodników organicznych jest wynikiem dużej ruchliwości elektronów w cząsteczce w granicach sprzężenia łańcucha i stosunkowo niewielkiej energii wzbudzenia elektronów w związkach. W barwnikach organicznych wartość przewodnictwa mieści się w przedziale od 10.11 do 10 Ωm a szerokość pasma wzbronionego wynosi od 0, 1 do 1 eV, zaś ruchliwość nośników jest bardzo mała rzędu 10.11-10.1 cm2/Vs ze względu na duże odległości między molekułami. Charakterystyczny przykład stanowi ftalocyjanin miedzi CmHnNeCu, którego przewodnictwo wynosi 10-11 Ωm i wzrasta pod wpływem światła od 100 do 1000 razy, a nośnikami prądu są dziury. To właśnie dla ftalocyjaninu miedzi po raz pierwszy zaobserwowano zjawisko Halla. Stosuje się go, jako materiał na fotoelektrony w widikonach. Styk barwnika z metalem może działać, jako fotokomórka prostownicza.

Półprzewodniki polimerowe wykazują zwykle przewodnictwo dziurawe, natomiast ich szerokość pasma wzbronionego wynosi 0, 32 - 0, 6 eV, a przewodnictwo mieści się w przedziale od 10-8 do 10 Ωm. Przedstawicielem tego typu półprzewodników jest poliakrylonitryl, którego właściwości zależą od obróbki cieplnej; jego przewodnictwo waha się w granicach od 1, 4 x 10-2 do 90 Ωm, a szerokość pasma wybronionego wznosi 0, 75 + 9, 2 eV. Półprzewodniki polimerowe stosuje się, jako katalizatory heterogeniczne.

Bezpostaciowe (amorficzne) materiały półprzewodnikowe są jedno- dwu, trzy i wieloskładnikowymi substancjami o strukturze bezpostaciowej. Kowalentne wiązania ich sieci są całkowicie wysycane. W bezpostaciowych materiałach półprzewodnikowych najczęściej występują: Si i Ge z IV grupy, P, As, Sb i Bi z grupy V oraz s, Se i Te z grupy VI (chalkogenki). Bezpostaciowym materiałem półprzewodnikowym może być objętościowy Se i Te oraz B; cienkie warstwy Si i Ge; związki As2Te3; wieloskładnikowe stopy chalkogenkowe oraz stopy tlenkowe. Właściwości elektryczne bezpostaciowych materiałów półprzewodnikowych są charakterystyczne dla półprzewodników samoistnych o małej ruchliwości. W modelu pasmowym tych materiałów wyróżnia się energie rozgraniczające stany rozciągłe i zlokalizowane. Gęstość stanów zlokalizowanych jest szybkozmienną funkcją energii (ogony stanów zlokalizowanych). Wiele bezpostaciowych materiałów półprzewodnikowych wykazuje bardzo szybko odwracalną przemianę ze stanu wysokooporowego do stanu niskooporowego (efekt przełączania). Efekt ten znalazł zastosowanie w układach logicznych. Inne materiały bezpostaciowe przechodzą przy przekroczeniu określonego pola elektrycznego w stan o dużo większej przewodności, prawdopodobnie wskutek rekrystalizacji.

Ciekłe materiały półprzewodnikowe

Ważną a jednocześnie najlepiej zbadaną grupą materiałów półprzewodnikowych są stopione tlenki, siarczki, Helenki i tellurki. Wykazują one przewodnictwo elektronowe albo dziurawe. Typowym przykładem ciekłego materiału półprzewodnikowego o przewodnictwie dziurowym jest stopiony selen. W stopionych tlenkach, selenkach, siarczkach i tellurach metali ciężkich (poczynając od metali grupy przejściowej) dominuje zwykle przewodnictwo elektronowe. W dostatecznie wysokich temperaturach może nastąpić zmiana własności cieczy półprzewodnikowych na metaliczne, co jest związane z odpowiednimi zmianami struktury cieczy i charakteru wiązań międzyatomowych. Np. w dwuskładnikowym układzie Te Se obserwuje się zmiany strukturalne ciekłego stopu i zmiany właściwości elektrycznych zarówno przy zmianach składu od czystego Te do czystego Se, jak przy ogrzewaniu. Zmiany temperaturowe wyraźnie wskazują na decydujący wpływ bliskiego uporządkowania na własności półprzewodnikowe. Wszystkie stopy Te- Se mają w stanie ciekłym właściwości elektryczne półprzewodnikowe. W zależności od składu przejścia w stan ciekły różnie wpływa na własności tych stopów. Oporność elektryczna czystego telluru i stopów bogatych w Te po stopieniu i dalszym ogrzewaniu bardzo szybko maleje; w dostatecznie wysokiej temperaturze wykazują one typowe cechy ciekłych metali. W tej grupie stopów obserwuje się w stanie ciekłym wyraźny związek między zmianą właściwości z półprzewodnikowych na metaliczne a zmianą struktury stopionej substancji. Zmiana ta polega na zerwaniu (dysocjacji) wiązań homeopolarnych wzdłuż łańcuchów i wzmocnieniu wiązań metalicznych. Różnica między temperaturą tej zmiany a temperaturą topnienia wzrasta od 80 °C dla czystego Te do kilkuset stopni dla stopów z zawartością 20 - 40 % Se. Zmiany strukturalne tych stopów odbijają się szczególnie widocznie na przebiegu temperaturowym lepkości, która w dostatecznie wysokich temperaturach ma charakter typowo metaliczny, podczas gdy w pobliżu temperatury topnienia obecność cieczy struktury łańcuchowej jest zupełnie wyraźna. Analiza zjawiska wskazuje na konieczność uwzględniania zmiany charakteru wiązań (statystyka bliskiego uporządkowania) podczas nagrzewania. Tłumaczy to również anomalny przebieg temperaturowy gęstości ciekłych stopów o znacznej zawartości Telluru. Obserwowane maksymalne gęstości tych stopów i zmiana charakteru zależności jej od temperatury związane są z szybko postępującą „metalizacją” wiązań w czasie ogrzewania i towarzyszącym jej zagęszczeniem średniego upakowania, zachodzącym szybciej niż normalne zjawisko rozszerzalności cieplnej.

Stopy o dużej zawartości selenu zachowują się zachowują się zupełnie inaczej niż stopy bogate w tellur. Oporność elektryczna ciekłych stopów bogatych w Se jest znacznie większa niż ich oporność w stanie stałym. Zależność od temperatury oporności takich ciekłych stopów jest typowo półprzewodnikowa. Lepkość ich nawet w wysokiej temperaturze jest znacznie większa niż ciekłych metali. Do 800 °C właściwości metaliczne właściwie się nie objawiają. Przejściu ze stanu stałego w ciekły towarzyszy znaczny wzrost objętości wynikający z rozluźnienia wiązań między łańcuchami, których zbudowana jest sieć krystaliczna tych substancji. Innymi przykładami zmian właściwości półprzewodnikowych przy przechodzeniu w stan ciekły jest są zmiany przewodności elektrycznej i gęstości Si, Ge, GaSb, HgSe, HgTe .

Zależność od temperatury T(w °C) przewodności elektrycznej (w Ωcm ) i gęstości d (w gcm3) krzemu, germanu, GaSb, HgTe, HgSe w stanie stałym i ciekłym; Tm temperatura zmiany właściwości półprzewodnikowych na metaliczne.

W Si stwierdzono doświadczalnie wzrost gęstości przy topnieniu. Topnieniu Si, Ge, GaSb towarzyszy znaczny wzrost przewodności elektrycznej do wartości typowych dla ciekłych metali oraz odpowiednia zmiana współczynnika termicznego oporności. Substancje te są, zatem w stanie stałym półprzewodnikami, a w stanie ciekłym metalami. Charakter dominujących wiązań zmienia się, więc z homeopolarnego na metaliczny. Gęstość Si, Ge, GaSb w stanie ciekłym jest większa niż w stanie stałym, co jest związane ze zmianą bliskiego uporządkowania w kierunku zwiększenia liczby koordynacyjnej. Dane te znajdują potwierdzenie w badaniach struktury tych substancji metodami rentgenograficznymi i elektronograficznymi.

---