Жидкие полупроводники

Жи́дкие полупроводники́, расплавы с электронной электропроводностью, обладающие свойствами полупроводников. Открыты российскими физиками А. Ф. Иоффе и А. Р. Регелем в начале 1950-х гг. При комнатной температуре их электропроводность ${\displaystyle {\sigma }}$⩽10⁵ Ом^–1 м^–1 и растёт с повышением температуры. Жидкие полупроводники образуются при плавлении кристаллических ковалентных полупроводников (${\displaystyle {\text{Se}}}$, соединения ${\displaystyle {\text{B}}^{\text{VI}},{\text{A}}^{\text{II}}{\text{B}}^{\text{VI}},{\text{A}}^{\text{III}}{\text{B}}^{\text{VI}},{\text{A}}^{\text{IV}}{\text{B}}^{\text{IV}}}$ и др.) в случае сохранения ковалентных межатомных связей. Процесс плавления сопровождается уменьшением или незначительным ростом электропроводности и уменьшением плотности. Однако в ряде твёрдых полупроводников (${\displaystyle {\text{Si}},{\text{Ge}}}$, соединения ${\displaystyle {\text{A}}^{\text{II}}{\text{B}}^{\text{V}},{\text{A}}^{\text{III}}{\text{B}}^{\text{V}},{\text{B}}^{\text{IV}}}$ и др.) при плавлении происходит разрушение ковалентных связей, изменение ближнего порядка и резкое увеличение концентрации электронов проводимости, приводящее к переходу в металлическое состояние. В этом случае электропроводность резко (на несколько порядков) возрастает при одновременном увеличении плотности и координационного числа.

Температурная зависимость электропроводности жидких полупроводников описывается выражением ${\displaystyle {\sigma =\sigma _{0}{\text{exp}}(-\Delta \varepsilon /2kT)}}$, где ${\displaystyle {\sigma _{0}}}$ – слабо изменяющаяся функция температуры ${\displaystyle {T}}$, ${\displaystyle {\Delta \varepsilon }}$ – энергия активации проводимости, ${\displaystyle {\boldsymbol {k}}}$ – постоянная Больцмана. Роль запрещённой зоны, обусловливающей активационный характер проводимости, играет область энергий вблизи минимума плотности состояний в энергетическом спектре электронов. При достаточно глубоком минимуме в его окрестности появляется зона почти локализованных состояний носителей заряда с малой подвижностью (псевдощель). Если при повышении температуры происходит схлопывание псевдощели, то жидкий полупроводник превращается в металл.

Термоэдс жидких полупроводников имеет высокие значения и уменьшается с ростом температуры. Постоянная Холла, как правило, отрицательна (эффект Холла). Жидкие полупроводники в основном малочувствительны к примесям и практически нечувствительны к радиационным воздействиям. Вязкость жидких полупроводников уменьшается при повышении температуры, особенно вблизи температуры плавления. В некоторых жидких полупроводниках обнаружен т. н. эффект переключения – появление отрицательного дифференциального сопротивления в сильных электрических полях.

Жидкие полупроводники перспективны как термоэлектрические и радиотехнические материалы. Некоторые жидкие полупроводники (например, халькогениды ${\displaystyle {\text{Cu}}}$ и сплавы ${\displaystyle {\text{Cu}}_{2}{\text{S}}-{\text{Cu}}_{2}{\text{Te}}}$) имеют повышенные значения дифференциальной термоэдс, что позволяет использовать их в качестве материалов для гетерофазных термоэлементов при высоких (свыше 1500 К) температурах. Кроме того, они могут использоваться для радиационно-стойких высокотемпературных терморезисторов и переключателей.