PROPRIETĂȚILE ELECTRONICE ALE DIAMONDELOR
În ultimii ani, ca urmare a studierii diferitelor proprietăți ale cristalelor de diamant, a fost dezvăluită posibilitatea folosirii lor în industria electronică pentru construcția de tranzistoare, contoare și alte dispozitive. Diamantele cu proprietăți electronice cu semiconductori, numărare și alte proprietăți electronice au un număr de avantaje comparativ cu cele utilizate în industria cristalelor de germaniu și siliciu. Aplicațiile posibile ale diamantelor în electronică se extind în mod constant și este foarte probabil că în viitorul apropiat acestea vor juca un rol important în dezvoltarea acestei industrii. Proprietățile electronice ale diamantelor au fost studiate cu diferite grade de detaliu. Unii dintre ei au deja o monografie specială (Campion, 1963; Gaumont, 1966), care descrie în detaliu semiconductoare și alte proprietăți ale Alma-apel, și, prin urmare, în această lucrare sunt cele mai recente informații generale despre proprietățile electronice ale diamant.
Conductivitatea electrică a diamantelor. Practic, la temperatura camerei, diamantele sunt dielectrice, dar ele pot fi de asemenea considerate ca semiconductori cu un interval de bandă foarte larg # 8710; E = 5,7 eV. Cristalele de diamante ideale, conform calculelor teoretice, ar trebui să aibă o rezistivitate de ordinul a 1070 cm-ohm (Champion, 1963). Impuritățile reduc semnificativ rezistivitatea lor: în majoritatea covârșitoare, rezistența cristalelor de diamant este de 1014-1010 cm. Dintre diamantele non-azot de tip II, există uneori eșantioane cu o rezistivitate relativ scăzută (de la 25 la 108 cm · ohm). Astfel de diamante, cu semiconductivitate, au fost descoperite pentru prima oara de Custers (1952) si desemnate ca diamante de tip Pb. Se stabilește că toate al-omens, colorate în albastru și albastru, sunt semiconductori. Toate diamantele cu semiconductoare au conductivitate de tip p. Se presupunea anterior că impuritatea acceptoare, care determină proprietățile semiconductoare ale acestor diamante, este aluminiu (Lightowlers, 1963); În prezent, se exprimă opinia că, pentru această proprietate, poate fi responsabil un amestec de bor (Collins, Williams, 1970).
Conductivitatea electrică a diamantelor depinde de temperatură. Dependența conductivității electrice asupra temperaturii în diamante obișnuite de tip I din depozitele Yakutian a fost studiată de KN Pogodyev (1960) și IS Rozhkov et al (1964). Ei au stabilit că există trei regiuni cu diferite dependențe de conductivitatea electrică la temperatură: 1) în regiunea de la 340 ° la 480 °, dependența exponențială este clar exprimată; valoarea energetică crește de la 1,6 la 2,4 eV; 2) în regiunea de la 480 la 580-600 °, se observă aceeași dependență, dar energia variază de la 1,8 la 2,8 eV; 3) în domeniul de la 580 la 700 ° C, dependența exponențială nu este detectată; caracteristic pentru toate cristalele, maximul apare la 580-620 ° și la 680 ° C.
Fotoconductie. Diamantele sunt setate photocurrents cand-pivot tchtsenii razele ultraviolete cu lungimi de undă de 2100-3000 ° A. Prin iradiată simultan diamant cu lumină infraroșie și ultravioletă crește fotoconductivitatii-telno abordat de două ori. fotoconductie maximă în diamante este cauzată de diferite tipuri de grinzi de diferite lungimi de undă: cea mai foto-curent din diamante de tip I văzute atunci când sunt iluminate cu raze # 955; = 2550-2700 # 506; pentru diamante de tip IIa - pentru # 955; = 2250 # 506; și al doilea maxim - pentru valuri mai lungi (Konorova et al., 1965).
În condiții identice, fotocurentul în diamante de tip II este cu un ordin de mărime mai mare decât fotocurentul excitat în diamante de tip I.
Conductivitate de calcul. Se știe că atunci când particulele rapide intră în fotoconductori, în circuitul exterior apare un impuls de curent. Această proprietate poate fi utilizată în contoarele de conductivitate cristalină. Proprietățile Numărarea-diamant au fost studiate și descrise de un număr de investigatori (Campion, 1952; Cotty 1956; Taylor, 1956; Trott 1953; Van der Velden, Freeman 1959, Campion, Kennedy, 1956 Gaumont, 1966).
Se constată că diamantele de tip II, care au o fotoconductivitate ridicată, pot fi utilizate în contoarele de conductivitate. Diamantele de tip I posedă, de asemenea, această capacitate, dar mecanismul contului lor diferă de diamant de numărare mecanism de tip II (Afanasyeva, Konorova 1963; Eagles, Afanasyeva, 1966). Diamantele pot fi savurate și este în contoare de scintilație, deoarece acestea au capacitatea de a luminesce sub influența particulelor radioactive (Campion, 1963; Dean et al 1960 ;. Ralph, 1959, 1960, Campion, Kennedy, 1965 Gaumont, 1966) .
Rezonanța spinului electronilor. Cristalele de diamante ideale care au o structură perfectă nu trebuie să dea nici un spectru de rezonanță electronică paramagnetică. În cristalele de diamante naturale, impuritățile anumitor elemente creează defecte care determină absorbția paramagnetică.
Unele dintre liniile din spectrele RPE asociate cu amestec alu-minum, înlocuind carbon, în legătură cu care sunt formate „găuri“ localizate pe conexiunile A1-C (Smith și colab., 1969). Izotopii C13 și N15 exercită o anumită influență (Loubser și Du Preez, 1965).
PROPRIETĂȚI TERMICE ALE DIAMONDELOR
Diamantele au o conductivitate termică foarte ridicată. La temperaturi diferite, conductivitatea termică a diamantelor variază. După cum se vede din Fig. 75, diamante de tip II într-un anumit interval de temperatură conduc căldura de 5 ori mai bună decât Cu (Berman, 1964). În legătură cu aceasta, în unele dispozitive au fost utilizate diamante non-diamante pentru eliminarea căldurii din părțile de încălzire. IS Rozhkov și colaboratorii (1964) au investigat dependența conductivității termice de simetria unui cristal. Aceste conductivitate termică a fost stabilită anizotoropiya: au observat că suprafața izolată în cristalele de diamant au forma de elipsoid de revoluție, sau poate un elipsoid triaxial. Conform datelor lor, căldura specifică de-a lungul axei L3 variază de la 0,523 la 0,554 cal / cm * sec · deg (medie 0,547); de-a lungul axei L3, de la 1,07 la 2,04 cal / cm · sec · deg.
Defecte de cristale de diamant, uneori, crack atunci când încălzit. Cu toate acestea, cristalele perfecte pot fi încălzite la o temperatură de 1800-1850 ° C și răcite instantaneu; în timp ce acestea nu sunt distruse, ci, dimpotrivă, potrivit unor cercetători, sunt întărite în legătură cu ameliorarea parțială a stresului.
Grafitul, care se dezvoltă pe diamant ca rezultat al transformării alotropice, este un amestec # 945; - și # 946; -formă. [0001] Axa grafitului este orientată paralel cu axa [111] a diamantului [Titova, Futergendler, 1962; Grenville-Wells, 1952). Pe baza acestui fapt sa stabilit că Cliftonite nu este un pseudomorph pentru diamant (Londsdale, Milledge, 1965).
În literatura de specialitate, uneori, a indicat că grafitizării diamant-Chin la temperaturi mai scăzute, după cum se observă în înnegrirea suprafață deja la 1000-1200 ° C. Cu toate acestea, trebuie amintit că, în acest caz, o tranziție polimorfică sub influența nu temperatură-niem apare, dar numai o peliculă de grafit se formează pe suprafața diamantului sub influența oxigenului. Acest tip de „grafitizării“ diamant poate avea loc chiar la 650 ° C, care este descris mai jos în secțiunea chimică, proprietățile pe diamante. Informații detaliate despre trecerea de diamant în grafit și proprietăți termice Dru-GIH de diamant pot fi obținute de la lucrări speciale pe această temă (Bridgman, 1941; Evans, James, 1964, Berman, 1965).
PROPRIETĂȚILE CHIMICE ALE DIAMONDELOR
Diamantele sunt rezistente la toți acizii; Ultimul El - nu face nici un efect asupra cristalelor lor, chiar și la temperaturi ridicate. Pe de altă parte, în topituri de alcalii, diferite săruri de oxigen și metale, ele sunt ușor de gravat. Experimentele privind gravarea diamantelor în aceste medii au fost realizate de mulți cercetători în diverse scopuri: modelarea formelor de dizolvare, studierea modelelor de gravare, reproducerea sculpturilor observate pe diamante naturale, investigarea ratelor de gravare a diferitelor fațete,
Temperatura minimă la care a fost observată gravare de diamant și a fost marcată de Patel Ramanathan (Patel, Ramanathan, 1962) prin tratare cu diamant NaCl04 și KS1O3, t. E. O oxidanți foarte puternici. La expuneri ridicate (181 h) formând figuri triunghiulare gravură pe (111) în experimentele lor a avut loc la 380 ° C,
Unii cercetători au realizat gravarea diamantelor în topiturile kimberlite (Luzi, 1892, Frank, Puttick, 1958). Se Oche-evident că se topește în alte rase ca diamantele vor schimba direcția Xia datorită expunerii la oxigen la expirarea prin disociere termică și depuneri parțiale ale soluției de carbon diamant în mediul de silicat. Diamantele temperaturi când gravat înalte în unele medii gazoase: O. CO, CO 2 H, vapori de apă, CI (Frank, Puttick, 1958).
De mare interes practic și științific sunt datele obținute în studiul reacțiilor diamantului cu oxigen la temperaturi ridicate. Este cunoscut faptul că diamantele sunt arse într-un curent de oxigen la 720 ° C și în aer la 850 ° C. Cu toate acestea, prin încălzirea diamant în sistem cu vacuum (10-2 - 10-5 Torr ..) Sub influența oxigenului rezidual în lor suprafața formează un film de grafit negru, dens, care este ușor de îndepărtat prin fierbere în HCI4. Împreună cu contactul AV Bochko Investigațiile efectuate-grafitizare dovanie suprafață diamant sub influența efectele kata-liză a oxigenului rezidual rămas în sistem sub un vid de ordinul 3 · 10-4 - 2 x 10-5 mm Hg. Art. Diamantele au fost încălzite în intervalul de temperatură de 1100-1500 ° C. Au fost studiate două cristale transparente obișnuite de diamant și două diamante cu un strat verde închis (diamante acoperite).
Au fost efectuate patru experimente privind încălzirea succesivă a aluminiilor într-un vid de 5,10-4-2,10-5 mm Hg. Art. la temperaturi de 1100, 1200, 1300 și 1500 ° C.
Ca rezultat al tratamentului de temperatură, diamantele selectate în vid au fost acoperite de suprafață cu un film de grafit dens, negru, care nu a fost îndepărtat de vodka regală. După prelucrarea diamantelor, a fost măsurată o rezistență care caracterizează relativ gradul (grosimea) dezvoltării unui film de suprafață grafit cu conductivitate, spre deosebire de diamant. După spălare în HCI4 concentrat, filmul de suprafață a fost complet eliminat și rezistența, ca și înainte de experiment, a devenit egală cu o valoare infinit de mare. În toate cele patru experimente, diamantele au fost apoi încălzite la o temperatură de 1100 până la 1500 ° C timp de 19 ore. Astfel, pierderea de greutate a fiecărui cristal făcute cantitate nesemnificativă (mg) 0,152 (0,393%), 0,033 (0,082%), 0,036 (0,111%) și 0,017 (0,055%). În total, toate cele patru diamante au pierdut doar 0,238 mg (0,237%). După patru experimente, toate diamantele au păstrat o suprafață strălucitoare. Cristalele obișnuite au fost complet transparente, ca înainte de experiment, în ciuda tratamentului de lungă durată la temperaturi ridicate. Două cristal specii IV (diamante g înveliș), care a avut culoarea verde închis inițial după încălzirea la t = 1100 ° C, au fost întunecate, chiar și după Oud-ment suprafață de film negru grafit. După încălzire la t = 1200 ° C, ele au devenit complet negre. Cu toate acestea, culoarea neagră nu a fost cauzată de grafitizarea cristalelor de-a lungul volumului lor, ci de înnegrirea diamantului numai în jurul microinclusiilor care sunt în număr mare în zona exterioară. Așa cum a stabilit M. Seil (Seal, 1966), cu incluziuni în cochilii de cristale, această specie este strâns asociată cu oxigenul. Evident, în prelucrarea la temperaturi înalte, diamantul este grafitizat parțial numai la secțiunile care mărginesc incluziunile sub influența oxigenului. Între microinclusiile diamantul își păstrează culoarea; Miezul interior al cristalului rămâne complet transparent, care se vede clar în secțiunile din aceste diamante după prelucrare.
Astfel, prin încălzirea diamant la tempera-runde la 1500 ° C, a fost observată numai grafitizării suprafață mai mică de diamant care apare sub influența expunerii la cantități mici de oxigen, păstrând sistemul de încălzire Xia chiar și la un vid înalt de 10-4 - 10- 5 mm de mercur. Articolul.; la un vid inferior este format de film relativ mai gros, dar la un oxigen partsial-prefectura presiune relativ ridicată de film negru grafit combustiei, deoarece rata de formare a devine mai mică decât rata de oxidare (ardere).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: