Бесщелевые полупроводники

Бесщелевы́е полупроводники́, вещества с равной нулю шириной запрещённой зоны (зонная теория). В бесщелевых полупроводниках дно зоны проводимости и потолок валентной зоны имеют одинаковую энергию. От типичных полупроводников бесщелевые полупроводники отличаются отсутствием энергетического порога рождения электронно-дырочных пар, от металлов – существенно меньшей плотностью электронных состояний.

Обращение в нуль ширины запрещённой зоны может быть обусловлено симметрией кристаллической решётки или иметь случайный характер. К первому типу бесщелевых полупроводников относятся такие материалы, как ${\displaystyle \alpha -{\text{Sn}}}$, ${\displaystyle \beta -{\text{HgS}}}$, ${\displaystyle {\text{HgSe}}}$ и ${\displaystyle {\text{HgTe}}}$. Бесщелевой электронный спектр указанных веществ достаточно устойчив и исчезает лишь при внешних воздействиях, понижающих симметрию кристалла. Ко второму типу бесщелевых полупроводников можно отнести твёрдые растворы ${\displaystyle {\text{Pb}}_{1-x}{\text{Sn}}_{x}{\text{Te}}}$, ${\displaystyle {\text{Pb}}_{1-x}{\text{Sn}}_{x}{\text{Se}}}$, ${\displaystyle {\text{Bi}}_{1-x}{\text{Sb}}_{x}}$ и другие, у которых при определённом соотношении компонент возникает случайное вырождение уровней, соответствующих дну зоны проводимости и потолку валентной зоны. В этих веществах бесщелевое состояние может быть разрушено под действием любого возмущения, в том числе и возмущения, которое не изменяет симметрию кристалла.

Отсутствие энергетической щели в электронном спектре бесщелевых полупроводников обусловливает целый ряд их особенностей. Например, концентрация ${\displaystyle {\text{n}}}$ электронов в чистых нелегированных бесщелевых полупроводниках (а следовательно, и их электрическая проводимость) зависит от температуры ${\displaystyle {\boldsymbol {T}}}$ степенным, а не экспоненциальным образом: ${\displaystyle {\text{n}}\sim {\boldsymbol {T}}^{3/2}}$. Концентрация электронов может заметно возрастать при пропускании через бесщелевой полупроводник электрического тока, что обусловливает нелинейность вольт-амперной характеристики.