Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Физика

Вопрос 55. Собственная проводимость в полупроводниках. Проводимость n-типа и р-типа  Просмотрен 979

  1. Вопрос 42. Нормальная и аномальная дисперсия света. Ход лучей в призме. Дисперсионный спектр.
  2. Вопрос 43. Рассеяние света .Закон Рэлея.
  3. Вопрос 45. Фотоэлектронная эмиссия. Законы внешнего фотоэффекта. Формула Эйнштейна.
  4. Вопрос №46. Гипотеза о фотонах. Эффект Комптона.
  5. Вопрос №47. Модели атома Томсона и Резерфорда.
  6. Вопрос 48. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца.
  7. Вопрос №49.Линейчатые спектры атома водорода и их объяснение в рамках представлений Н. Бора.
  8. Вопрос 50. Гипотеза де Бройля. Дифранция электронных пучков в тонких слоях кристаллов.
  9. Вопрос 51. Корпускулярно-волновой дуализм. Соотношение неопределённостей. Boлновая функция и ее физический смысл.
  10. Вопрос 52. Вероятности квантовых переходов. Молекулярные спектры. Люминесценция.
  11. Вопрос 53. Стимулированное излучение. Устройство лазеров. Свойства лазерного излучения.
  12. Вопрос54.Энергетические зоны в кристаллах. Проводники, диэлектрики и полупроводники. Энергия активации.

Собственными полупроводниками являют­ся химически чистые полупр-ники, а их проводимость называется собственной проводимостью.Примером собственных полупр-ников могут служить химиче­ски чистые Ge, Se, а также многие химиче­ские соединения: InSb, GaAs, CdS и др. При О К и отсутствии других внешних факторов собственные полупроводники ве­дут себя подобно диэлектрикам. При повышении же температуры электроны с верхних уровней валентной зоны I могут быть пере­брошены на нижние уровни зоны проводи­мости II. При наложении на кристалл электрического поля они переме­щаются против поля и создают электрич. ток. Таким образом, зона II из-за ее частичного «укомплектования» эл-на­ми становится зоной проводимости. Про­водимость собственных полупроводников, обусловленную электронами, называют электронной проводимостью или проводимостью n-типа(от лат. negative — отрица­т.). В результате тепловых забросов элек­тронов из зоны I в зону II в валентной зоне возникают вакантные состояния, по­лучившие название дырок.Во внешнем электрическом поле на освободившееся от электрона место — дырку — м-т пере­меститься эл-н с соседнего уровня, а дырка появится в том месте, откуда ушёл электрон, и т. д. Такой процесс за­полнения дырок эл-нами равносилен перемещению дырки в направлении, про­тивоположном движению электрона, так, как если бы дырка обладала положитель­ным зарядом, равным по величине заряду электрона. Проводимость собственных полупроводников, обусловленная квази­частицами — дырками, называется ды­рочной проводимостью или проводимо­стью р-типа (от лат. positive — положи­тельный). Для «переброса» электрона с верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень зоны проводимости затрачивается энергия активации,равная ширине запрещённой зоны ΔЕ (проводимость полупроводников ¾ всегда активированная). При появлении же электрона в зоне проводимости в валентной зоне обязательно возникает дырка. В полупроводниках наряду с процес­сом генерации электронов и дырок идет процесс рекомбинации ¾электроны перехо­дят из зоны проводимости в валентную зону, отдавая энергию решётке и испуская кванты электромагнитного излучения.

Выделяют также 2-ой тип полупроводников, для к-рых характерна проводимость, обуслов­ленная примесями (атомами посторонних элементов) ¾ примесная проводимость.На­личие в полупроводнике примеси су­щественно изменяет его проводимость. Результатом внедрения в структуру полупр-ка элемента с иной валентностью, в образовавшемся материале нарастает возможность появления избыточных электронов (донорная примесь на основе элемента с большей валентностью) или дырок (акцепторная примесь – элемент с валентностью на единицу меньшей).Например, при введении в кремний (Si) при­мерно 0,001 % атомов бора его проводимость увеличивается примерно в 106раз

 

 

Вопрос 56. Примесная проводимость в полупроводниках. Электрические свойства контакта полупроводников n-типа и р-типа

Выделяют также 2-ой тип полупроводников, для к-рых характерна проводимость, обуслов­ленная примесями (атомами посторонних элементов) ¾ примесная проводимость.На­личие в полупроводнике примеси су­щественно изменяет его проводимость. Результатом внедрения в структуру полупр-ка элемента с иной валентностью, в образовавшемся материале нарастает возможность появления избыточных электронов (донорная примесь на основе элемента с большей валентностью) или дырок (акцепторная примесь – элемент с валентностью на единицу меньшей).Например, при введении в кремний (Si) при­мерно 0,001 % атомов бора его проводимость увеличивается примерно в 106раз

Образование примесной проводимости полупр-­ников удобно рассмотреть на примере образцов на основе Ge и Si, в к-рые вводятся атомы с валентностью, отличной от валентности основных атомов на единицу. Например, при замещении атома Ge пятивалентным атомом мышьяка (As) (т.е., при имплантации атома As в матрицу, образованную Ge) один электрон не может образовать ковалентной связи, он оказывается лишним и может быть легко при тепловых колебаниях решётки отщеп­лен от атома, т.е. стать свободным. Образование свободного электрона не сопро­вождается нарушением ковалентной свя­зи, следовательно, дырка не возника­ет. Избыточный положит. заряд, возникающий вблизи атома примеси, свя­зан с атомом примеси и поэтому переме­щаться внутри образца материала не может. С точки зрения зонной теории, рассмот­ренный процесс можно представить таким образом. Введение примеси искажает электрич. поле решётки, что при­водит к смещению энергетич. состояний и возникновению в запрещенной зоне при­месного энергетич. уровня валентных электронов As (рис. 3,а).В случае Ge с при­месью As этот уровень располагает­ся от дна зоны проводимости на расстоя­нии ΔE0 = 0,013 еV. Так как ΔE0 < kT, то уже при обычных темп-рах энергия теплового движения достаточна для того, чтобы перебросить электроны примесного уровня в зону проводимости. Образующие­ся при этом положительные заряды лока­лизуются на неподвижных атомах мышь­яка и в проводимости не участвуют. Т. о., в полупр-никах с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных ато­мов, носителями тока являются электро­ны, возникает электронная примесная проводимость (проводимость n-типа).По­лупроводникис такой проводимостью на­зывают электронными (или полупровод­никамиn-типа).Энергетич. уровни донорных при­месей называют донорными.

Ø Если же в решётку Si имплантирован примесный атом с трeмя ва­лентными эл-нами, напр-р, бор(В) - для образования связей с четырьмя ближайшими соседями у атома В не хватает одного электрона. Одна из ковалентных связей остается неукомплектованной, и четвёртый электрон может быть захва­чен от соседнего атома основного вещест­ва, где соответственно образуется дырка. По зонной теории, введение 3-ва­лентной примеси в решетку Si приводит к возникновению в запрещённой зоне примесного энергетич. уровня, не занятого электронами (рис. 3,б). Т.о., в полупр-никах с примесью, валентность которой на ед-­цу меньше валентности основных атомов, носителями тока являются дырки - возника­ет дырочная проводимость (проводимостьр-типа).Полупроводникис такой проводимостью называются дырочными(или по­лупр-никами р-типа).Энергетич. уровни этих приме­сей называютакцепторными.

Фотопроводимость полупро­водников — увеличение электропроводно­сти полупр-ников под действием элек­тромагнитного излучения (следствие внутреннего фотоэффекта) ¾ м-т зависеть от свойств как основного ве­щества, так и содержащихся в нем при­месей. Возможны «перебросы» эл-нов из валентной зоны в зону про­водимости ¾ это ведёт к по­явлению добавоч. (неравновесных) эл-нов (в зоне проводимости) и дырок (в валентной зоне). В результате возника­ет собственная фотопроводимость, обус­ловленная как эл-нами, так и дыр­ками. При поглощении света примесными центрами происходит переход эл-нов с донорных уровней в зону проводимости в случае полупр-ника n-типа или из валентной зоны на акцепторные уровни в случае полупр-ника р-типа. Тогда говорят о при­месной фотопроводимости, являющейся чисто электронной для полупр-ников n-типа и чисто дырочной для полупр-ников р-типа.

Границу соприкосновения двух полупро­водников, один из которых имеет элек­тронную, а другой — дырочную проводи­мость, именуют электронно-дырочным переходом(или p-n-переходом).Эти пере­ходы имеют большое практическое значе­ние, являясь основой работы многих полупр-никовых приборов.

« Толщина слоя p-n-перехода в полу­пр-никах составляет примерно 10-610-7 м, а контактная разность потенциа­лов — десятые доли Bольт. Носители тока преодолеть такую разность по­тенциалов способны лишь при температуре в не­ск-ко тыс. градусов, т. е. при обычных температурах равновесный контактный слой является запирающим (характеризу­ется повышенным сопротивлением – обеднён носителями, рис.4). Сопротивление запирающего слоя м-но изменить с помощью внешнего электрич. поля. Если приложенное к p-n-переходу внешнее электрич. по­ле Е направлено от n-полупр-ника к р-полупр-нику (рис.4,а), т. е. со­впадает с полем контактного слоя, то оно вызывает движение электронов в n-полупр-нике и дырок в р-полупр-нике от границы p-n-перехода в противоположные стороны. В результате запирающий слой расширится и его сопротивление возра­стет. Направление внешнего поля, расши­ряющего запирающий слой, называют запирающим (обратным). В этом направ­лении электрич. ток через p-n-переход практически не проходит.

Ток в контактном слое полупр-ников в запирающем направлении об­разуется лишь за счет неосновных носите­лей тока (электронов в р-полупр-нике и дырок в n-полyпр-нике).Если приложенное к p-n-переходу внешнее электрич. поле направлено противоположно полю контактного слоя (рис.4,б), то оно вызывает движение электронов в n-полупроводнике и дырок в р-полупр-нике к границе p-n-перехода навстречу друг другу. В этой области они рекомбинируют, толщина контакт­ного слоя и его сопротивление уменьшают­ся. Следоват-но, в этом направлении электрический ток проходит сквозь p-n-пе­реход в направлении от р-полупр-ника к n-полупр-нику; оно называется про­пускным (прямым). Т. о., p-n-переход (как и в случае контакта металла с полупр-ником) об­ладает вентильной про­водимостью. Электро- или радиотехнич. устройства на основе p-n-перехода называют полупроводниковыми диодaми, важным их преимуществом является экономичность и компактность (миниатюрность). Широкое применение в устройствах усиления сигналов или обработки информации нашли такжеполупр-ковые триоды (транзисторы) ¾ в схемах последних используют так наз. p-n-p-переходы или n-p-n-переход

 

Предыдущая статья:Вопрос54.Энергетические зоны в кристаллах. Проводники, диэлектрики и полупроводники. Энергия активации. Следующая статья:Область данных
page speed (0.0179 sec, direct)