Дырочная проводимость это: Дырочная проводимость

Содержание

дырочная проводимость — это… Что такое дырочная проводимость?

дырочная проводимость
ды́рочная проводи́мость

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

  • дуралюмин
  • Дьюара сосуд

Смотреть что такое «дырочная проводимость» в других словарях:

  • ДЫРОЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — (проводимость р типа), проводимость полупроводника, в к ром осн. носители заряда дырки. Д. п. осуществляется, когда концентрация акцепторов превышает концентрацию доноров. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный… …   Физическая энциклопедия

  • ДЫРОЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — (проводимость р типа) проводимость (см.), в котором основные носители заряда (см.). Д. п. осуществляется, когда концентрация (см.) превышает концентрацию (см.) …   Большая политехническая энциклопедия

  • дырочная проводимость — skylinis laidumas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. hole conduction; P type conduction vok. Defektleitfähigkeit, f; Defektleitung, f; Löcherleitung, f; Lochleitervermögen, n rus. дырочная проводимость, f; дырочная электропроводность …   Automatikos terminų žodynas

  • дырочная проводимость — skylinis laidumas statusas T sritis chemija apibrėžtis Laidumas, kurį sukuriantys krūvininkai yra elektronų vakansijos. atitikmenys: angl. hole conductivity; p type conductivity rus. дырочная проводимость; проводимость р типа ryšiai: sinonimas –… …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • дырочная проводимость — skylinis laidumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. defect electron conduction; hole conduction; p type conduction vok. Defektelektronenleitung, f; p Leitfähigkeit, f rus. дырочная проводимость, f; проводимость p типа, f pranc.… …   Fizikos terminų žodynas

  • ДЫРОЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — проводимость р типа, аномальная по знаку носителей заряда электронная проводимость нек рых твёрдых тел. В телах с Д. п. электромагнитные явления (напр., Холла эффект) протекают так, как будто электрич. ток в этих телах создаётся не электронами, а …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • удельная дырочная проводимость — savitasis skylinis laidis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. hole conductivity; p type conductivity vok. Defektleitfähigkeit, f; p Leitfähigkeit, f rus. удельная дырочная проводимость, f; удельная электропроводность p типа, f pranc.… …   Fizikos terminų žodynas

  • дырочная электропроводность — Ндп. дырочная проводимость Электропроводность полупроводника, обусловленная в основном перемещением дырок проводимости.

    [ГОСТ 22622 77] Недопустимые, нерекомендуемые дырочная проводимость Тематики материалы полупроводниковые …   Справочник технического переводчика

  • дырочная электропроводность — skylinis laidumas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. hole conduction; P type conduction vok. Defektleitfähigkeit, f; Defektleitung, f; Löcherleitung, f; Lochleitervermögen, n rus. дырочная проводимость, f; дырочная электропроводность …   Automatikos terminų žodynas

  • проводимость p-типа — skylinis laidumas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. hole conduction; P type conduction vok. Defektleitfähigkeit, f; Defektleitung, f; Löcherleitung, f; Lochleitervermögen, n rus. дырочная проводимость, f; дырочная электропроводность …   Automatikos terminų žodynas

Проводимость дырочная — Энциклопедия по машиностроению XXL

Франка — Кондона 324 Проводимость дырочная 342 Проводники 339 Пропагатор 153 Пространство векторное линейное конечномерное 130  [c. 437]

Германий монокристаллический (ГОСТ 16153—70 ) выпускается с проводимостью электронного типа, легированный сурьмой и с проводимостью дырочного типа, легированный галлием. Ориентацию слитков — см. [15].  

[c.193]

Введение в к-ВМ приводит к образованию в спектре кристалла полосы вакансионных состояний (ВС), рис. 2.3. Данные состояния концентрируются вблизи верхнего края ВЗ, причем максимум локальной плотности ВС совпадает с Ер кристалла. Иными словами, можно рассматривать как своеобразную акцепторную примесь , вакантные уровни которой при термическом возбуждении могут заселиться с возникновением в нестехиометрическом нитриде проводимости дырочного типа.  [c.39]


Приведенные результаты свидетельствуют, что решеточные вакансии нельзя рассматривать как точечные дефекты их присутствие вызывает возмущение электронных состояний кристалла, достигающее, по крайней мере, второй координационной сферы вакансии.
По своему действию на электронные состояния матрицы катионная вакансия (Уд) будет выступать как акцепторная примесь , анионная (У ,) — как донорная примесь , инициируя возникновение проводимости дырочного и электронного типов, соответственно.  [c.40]

СВЧ-ферриты. Из двух основных характеристик СВЧ-ферри-тов — ширины линий ферромагнитного резонанса и диэлектрических свойств — последние тесно связаны с концентрацией электронных дефектов, которую можно регулировать в широких пределах в процессе термической обработки., В работе [195] показано, что потери в ферритах в широком диапазоне частот обусловлены свободными электронами, концентрация которых может быть существенно снижена дополнительным отжигом при температуре, выбранной на основе универсальной диаграммы. В ОВЧ-ферритах, содержащих никель в качестве активного компонента, изменение температуры обработки при фиксированном давлении кислорода, равно как и изменение давления кислорода при фиксированной температуре, может привести к замене электронной проводимости дырочной.

Минимуму потерь будут соответствовать состояния с собственной проводимостью (пхр), достигаемые при строго определенных для каждого состава температуре и давления кислорода.  [c.152]

Основой германиевого диода (рис. 82, в) служит пластинка из кристаллического германия 13 с примесью сурьмы или мышьяка, обладающего -проводимостью. Пластинка 13 спаяна с каплей индия 12, Б результате диффузии атомы индия проникают в германиевую пластинку и образуют в ней слой с р-проводимостью (дырочной). Выпрямитель помещается в герметизированный корпус 9 с выводами-электродами 11 и 14. Неуправляемый кремниевый выпрямитель (диод) состоит из слоя кристаллического кремния с примесью фосфора или сурьмы ( -проводимость), сплавленного с пластиной алюминия. В  

[c.119]

Сульфид свинца имеет кристаллическую структуру, кубическую реш стку. Плотность е о 7,5. Молекулярный вес — 239,28, Температура плавления 1114° С. Ширина запрещенной зоны = 04 эв. В зависимости от соотношения серы и свинца получается проводимость дырочная —  [c. 253]

Примесная проводимость полупроводников возникает при существовании в кристалле примесных атомов, валентность которых отличается от валентности основных атомов. Донор-ные примеси обладают большей валентностью, чем основные атомы, их избыточные электроны обладают меньшей энергией связи и легко могут быть переведены в свободное состояние. Акцепторные примеси имеют меньшую валентность, чем основные атомы, и легко образуют дырки. Соответственно типы проводимости называются п-прово-димостью (электронной) и р-проводимостью (дырочной).  

[c.121]


Энергия, необходимая для перехода электрона из заполненной зоны в зону проводимости, называется шириной запрещенной зоны E ). Полупроводники имеют или электронную (я-тип), или дырочную (/)-тип) проводимости. Электронная проводимость обусловлена движением электрона в зоне проводимости дырочная проводимость обусловлена перемещением электрона в заполненной зоне от одного атома к другому, у которого до этого недоставало электрона (он вылетел в зону проводимости).
Перемещение электрона в заполненной зоне равносильно перемещению положительного заряда в направлении, противоположном движению электрона. Такой положительный заряд условно называют дыркой .  [c.114]

Полупроводники р-типа (дырочная проводимость)  [c.38]

Электрическим током принято называть упорядоченное движение электрически заряженных частиц. В зависимости от состояния и состава вещества его электрическая проводимость может быть электронной (в металлах), электронно-дырочной (в полупроводниках), электронно-ионной (в газах) и ионной (в электролитах).  

[c.31]

Вентильный фотоэффект. Вентильный фотоэффект — это явление возникновения э. д. с. при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника металла в отсутствие внешнего электрического поля. На этом явлении основаны вентильные фотоэлементы, обладающие тем преимуществом перед фотосопротивлениями и внешними фотоэлементами, что они могут служить индикаторами лучевой энергии, не требующими внешнего питания. Но главная особенность вентильных фотоэлементов состоит в том, что они открывают путь для прямого превращения солнечной энергии в электрическую. В начале нашего века существовали фотоэлементы, работающие на контактах полупроводников и металлов. Однако в дальнейшем было показано, что наиболее эффективными являются фотоэлементы, основанные на использовании контакта двух полупроводников с р- и -типами проводимости, т. е. на так называемом р- -переходе. При освещении перехода в р-области образуются электронно-дырочные пары. Электроны и дырки диффундируют к р- -переходу. Электроны под действием контактного поля будут переходить в -область. Дырки же преодолевать барьер не могут и остаются в р-области. В результате р-область заряжается положительно, -область — отрицательно и в р-я-переходе возникает дополнительная разность потенциалов. Ее и называют фотоэлектродвижущей силой (фото-э. д. с.).  [c.346]

Транзистор выращенный — транзистор, изготовленный путем выращивания монокристалла германия или кремния из расплава полупроводника благодаря периодическому внесению в расплав различных легирующих примесей или периодическому изменению скорости вытягивания кристалла в выращиваемом монокристалле создаются чередующиеся зоны с электронной и дырочной проводимостью при выпиливании соответствующего куска монокристалла получают транзисторную структуру [9].[c.157]

Транзистор п — р — п р — п — р) — транзистор, у которого область базы имеет преимущественно дырочную (электронную) проводимость, а области эмиттера и коллектора имеют преимущественную электронную (дырочную) проводимость. Большинство типов выпускаемых транзисторов относятся к р—п—р транзисторам. Схемы для транзисторов р—я—р и п—р—п одинаковы, но полярность подключения источников питания противоположна если в р—п—р транзисторе на коллектор подается отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, то в п—р—п транзисторе — положительное [3, 4].  [c.158]

Положительный ион мышьяка не может захватить электрон у одного из соседних атомов кремния, так как энергия связи электронов с атомами кремния значительно превышает энергию связи пятого валентного электрона с атомом мышьяка. Поэтому эстафетного перемещения электронной вакансии не происходит, дырочной проводимости нет. Примеси, поставляющие электроны проводимости без возникновения такого же числа дырок, называются донорными.[c.155]

Для создания р — п-перехода в кристалле с электронной проводимостью нужно создать область с дырочной проводимостью или в кристалле с дырочной проводимостью — область с электронной проводимостью.  [c.157]

Если к р — п-переходу приложено напряжение знаком плюс на область с дырочной проводимостью и знаком минус на область с электронной проводимостью, то переходы основных  [c.159]

Для изготовления транзистора из монокристалла германия с электронной проводимостью в него с двух противоположных сторон вводится примесь атомов индия. Две области монокристалла германия с примесью индия становятся полупроводниками с дырочной проводимостью, а на границах соприкосновения их с основным кристаллом возникают  [c.159]


Транзисторы п — р — л-пере-хода имеют аналогичное устройство — только материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — электронной. Условное обозначение транзистора па схе мах представлено на рисунке 160.  [c.160]

Полупроводниковый элемент имеет следующее устройство. В плоском кристалле кремния или другого полупроводника с дырочной проводимостью создается тонкий слой полупроводника с электронной проводимостью. На границе раздела этих слоев возникает р—л-переход. При освещении полупроводникового кристалла в результате поглощения света происходит изменение распределения электронов и дырок по энергиям. Этот процесс называет-  [c.304]

Фотодиод представляет собой полупроводниковую пластинку, внутри которой имеются области электронной (п-область) и дырочной (р-область) проводимости, разделенные электронно-ды-рочным переходом. Иа рис. 8.22 изображены две возможные принципиальные схемы фотодиода.  [c.442]

В то же время, при наличии в диэлектрике примесных атомов, свободные носители заряда могут появиться за счет термической активации примесных уровней. Вследствие этого при нормальных и низких температурах проводимость в диэлектриках имеет примесный характер. Так же, как и в полупроводниках, носителями заряда здесь могут быть электроны и дырки. Если примесь имеет донорный характер, то основными носителями заряда являются электроны, а неосновными — дырки. Такой диэлектрик (по аналогии с полупроводником) называют электронным или диэлектриком п-типа. Если же примесь акцепторная, то основными носителями являются дырки. В этом случае диэлектрик называют дырочным или р-типа.  [c.272]

В полупроводниковых лазерах наиболее распространенным методом создания инверсной населенности является инжекция неравновесных носителей заряда через р-/г-переход. Электронно-дырочный переход (р-п) — это переходная область, с одной стороны которой полупроводник имеет дырочную (р) проводимость, а с другой — электронную п). Необходимо отметить, что речь идет об одном образце, а не о контакте между двумя образцами р- и rt-типа.  [c. 317]

Итак, в полупроводнике надо рассматривать два статистических коллектива газ электронов проводимости и газ дырок. Поскольку электрон проводимости и дырка рождаются одновременно (в паре друг с другом), плотности обоих газов одинаковы. В термодинамическом равновесии уровни Ферми обоих газов совпадают общий уровень проходит примерно посередине запрещенной зоны. Если принудительно перебрасывать электроны из валентной зоны в зону проводимости (например, облучая полупроводник светом), то можно при данной температуре увеличить плотность газа электронов проводимости и соответственно плотность дырочного газа при этом полупроводник переходит в неравновесное состояние, уровень Ферми электронов проводимости поднимается, приближаясь к зоне проводимости, а уровень Ферми дырок опускается к валентной зоне. В неравновесном полупроводнике можно создать вырожденные газы электронов проводимости и дырок, должным образом  [c.144]

Удельное электросопротивление германия весьма высокой чистоты достигает 0,6 ом Незначительные количества примесей влияют на тип проводимости германия и понижают его электросопротивление. К примесям, создающим электронную проводимость германия, относятся, например, мышьяк, сурьма, фосфор (донорные прпмеси). Примеси бора, алюминия, галлия, индия (акцепторные примеси) обусловливают проводимость дырочного типа. Термическая обработка также сильно влияет на электрические свойства германия, в частности на тип проводимости (фиг. 86).  [c.527]

Различают два тина проводимости полупроводниковых материалов. Первый тип проводимости, как и в металлах, обусловлен обычным движением электронов, т. е. отрицательно заряженных частиц. Полупроводники с этим типом проводимости называются полупроводниками п-типа (от слова negative — отрицательный). Во втором типе полупроводников проводимость определяется смеш ением отдельных валентных электронов на наружных оболочках атомов кристаллической решетки монокристалла. При этом каждый электрон сдвигается только на один атом — узел решетки, а движется вдоль кристалла вакансия — ионизированное состояние атома с отсутствием электрона в наружной оболочке. Такая вакансия соответствует положительному заряду, равному по абсолютной величине заряду электрона. Так как это движение подобно движению частицы, то такая псевдочастица получила название дырки (введенное П. Дираком), а сам тип проводимости — дырочной проводимости или проводимости / -тина (от слова positive — положительный).  [c.60]

Транзистор и тиристор как переключающие приборы. Транзисторы изготавливают из иолуироводииковых материалов на основе германия, кремния и др. Транзистор представляет собой монокристалл, состоящий пз трех слоев различных типов проводимостей. Проводимость, обусловливаемая преимущественно свободными электронами, называется и-проводимостью (электронной). Проводимость, обеспечиваемая положительными зарядами (дырками в решетке твердого тела), называется р-проводимостью (дырочной). Транзисторы выполняют двух типов р—п—р (рис. 32, а, в, д) или п—р—п (рис. 32, б, г, е). Средний слой транзистора называется базой Б, один наружный — эмиттером Э, а другой — коллектором К (см. рис. 32, а, б).  [c.57]

Иа одну нз плоскостей очищенной от примесей кремниевой шайбы электроиного тина проводимости наносится слой раствора азотнокислого алюминия и борной кислоты в спирте. Затем диски закладываются в кварцевый стакан, который помещается в печь, где диффузионный процесс протекает 10 ч при температуре 1 300° С. В результате происходит диффузия алюминия и бора в кремниевый диск на глубину ПО—120 мкм, чем создастся слой кремния с проводимостью дырочного типа. Примесь бора применяется для повышения поверхностной концентрации. После окончания диффузии и остывания диска один из / -слоев удаляется шлифовкой. Затем следует цикл травлений, трехкратной никелировки и отжига кремниевого диска при различных технологических условиях.  [c.130]


В зависимости от примесей кремний приобретает электронную проводимость п или, наоборот, пропускает заряды с недостатком электронов, где места отсутствующих электронов условно называют дырками, то есть приобретает дырочную проводимость р. С целью получения локальных областей для элементов микросхемы формируют разделительные области р» -типа — области дырочной проводимости с повышенной концентрацией носителей. Создание элементов в полупроводниковом материале требует наличия р-и-переходов — границы между областями с электронной (и-типа) и дырочной (р-типа) проводимостью. На рис. 25.2 показана последовательность основных технологических операций изготовления ПИМС на биполярных транзисторах, получаемых по планарно-эпитаксиальной технологии (эпитаксия — процесс ориентированного наращивания атомов одного кристаллического вещества на другом). Изготовление ПИМС на биполярных транзисторах включает  [c.539]

Поскольку свойства электронов с отрицательной эффективной массой очень сильно отличаются от свойств нормальных электронов, их удобнее описывать, пользуясь представлением о некоторых квазичастицах, имеющих заряд — -е, но положительную эффективную массу. Такая квазичастица получила название дырка. Предположим, что в зоне все состояния, кроме одного, заняты электронами. Вакантное состояние вблизи потолка зоны и называют дыркой. Если внешнее поле равно нулю, дырка занимает самое верхнее состояние. Под действием поля зоне проводимости, но и дырками в валентной зоне. Дырочная проводимость наиболее характерна для полупроводников. Однако есть и некоторые металлы, которые обладают дырочной проводимостью.  [c.235]

В полупроводнике, содержа- рочного (б) полупроводников щем акцепторную примесь, электроны легко переходят из валентной зоны на акцепторные уровни. При этом в валентной зоне образуются свободные дырки. Количество свободных дырок здесь значительно превышает количество свободных электронов, образовавшихся за счет переходов из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными. Проводимость полупроводника, содержащего акцепторную примесь, имеет дырочный характер, а сам полупроводник в соответствии с этим назьь вается дырочным (или акцепторным).  [c.251]

Ударная ионизация. Увеличение электропроводности твердого тела в сильных полях связано с увеличением концентрации носителей заряда. При полях, напряженность которых превышает 10 В/м, электроны проводимости приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов. В результате ионизации образуются электронно-дырочные пары, которые ускоряются полем до высоких энергий и тоже могут ионизовать атомы. Таким образом, концентрация свободных носителей лавинообразно нарастает. Этот процесс и получил название ударной иониза-ции. Ударная ионизация не приводит к немед- ленному пробою вещества, поскольку электроны (и дырки), рассеиваясь на фононах, передают свою энергию решетке и могут рекомбинировать.  [c.259]

Если в чистом полупроводнике можно получить вырожденные электронный и дырочный газы лишь за счет значительного нарушения равновесия, то в примесных полупроводниках этого можно достичь и в равновесном состоянии. Равновесный выроледенный газ электронов проводимости может быть реализован в полупроводниках п-типа, а равновесный вырожденный газ дырок — в полупровод-  [c. 145]

Более интересны ситуации, когда энергия возбуждения поглощается в одном месте кристалла, а высвечивание происходит в другом месте. В случае фотолюминесценции это означает, что фотон излучения накачки поглощается в одном месте кристалла, а фотон люминесцентного излучения рождается в другом месте. Передача энергии возбуждения от одного места к другому осуществляется с помощью либо электронов проводимости н дырок, либо экситонов, которые представляют собой, как уже отмечалось, связанные электронно-дырочные пары. Поэтому подобные ситуации должны быть связаны с рождением либо электронов проводимости и дырок, либо экситонов. Соответствующие переходы (обусловленные поглощением энергии возбуждения) обозначены на рис. 8.2 цифрами 3, 4, 5. Переход Л есть переход электрона из валентной зоны в зону проводимости при этом рождаются электрон проводимости и дырка. Переход 4 связан с рождением экситона. Переход 5 есть переход электрона с оиювного уровня иона-активатора в зону проводимости при этом рождается электрон проводимости.[c.189]

Перемещаясь по кристаллу, электроны проводимости, 1ырки и экситоны тем самым переносят по нему энергию возбуждения. Рассмотрим переходы, связанные с высвечиванием этой энергии (в виде фотона люминесцентного излучения). Во-первых, это может быть междузонный переход 8 (рис. 8.2). Во-вторых, это может быть переход, связанный с рекомбинацией электрона и дырки, образующих экситон,—переход 9. Рекомбинация экситона происходит, например, при его столкновении с п-римесным центром. Наконец, это может быть переход //, происходящий в каком-либо примесном ионе-активаторе он сопровождается безызлучательиыми переходами 10 и 12. Все три рассмотренных процесса высвечивания связаны с одновременным уничтожением электрона в зоне проводимости и дырки в валентной зоне иными словами, все они связаны с электронно-дырочной рекомбинацией. В связи с этим используют термин рекомбинационная люминесценция.  [c.190]

Кеезом и др. [124] исследовали влияние облучения нейтронами в реакторе на теплоемкость. В образце, подвергнутом общей дозе облучения, равной 5-10 нейтронов на 1 обнаружились два эффекта а) величина 0 уменьшилась примерно на 3% и б) в пределах погрешности эксперимента линейный член в теплоемкости исчез. Последующий отжиг до 500° С не вызвал существенных изменений в низкотемпературной теплоемкости, отжиг до 780° С привел к появлению линейного электронного члена, не изменив, однако, пониженной облучением величины вд. Эти эффекты можно объяснить в рамках существующих представлений о влиянии облучения нейтронами на электрические свойства кремния (ссылки на соответствующие работы см. в [124]). Под действием облучения возникают нерегулярности решетки (свободные места и смещенные атомы), что приводит, по-видимому, к появлению новых уровней в запрещенной зоне между валентными электронами и зоной электронов проводимости. При низких температурах эти новые уровни являются ловушками для электронов проводимости и дырок, что вызывает исчезновение линейного члена в теплоемкости, появление которого связано с носителями тока (в нашем случае с дырками, так как до облучения образец принадлежал к дырочному типу). Отжиг при достаточно высокой температуре устраняет нарушения, вызванные облучением, и уменьшает количество новых уровней, что приводит снова к появлению линейной добавки к теплоемкости.  [c.347]

Акцепторные уровни расположены выше потолка валентной зоны, и при наличии энергии активации АЕд электроны л-гз валентной зоны могут переходить на указанные уровни, -оставляя в зоне незанятые энергетические уровни — дырки. Этот переход сопровождается превращением акцепторов в отрицательно заряженные ионы, которые также не участвуют н электропроводности. Такой полупроводник называют примесным полупроводником р-типа (для него характерна дырочная проводимость). Таким образом, в противоположйость собственной проводимости примесная проводимость осуществляется носителями заряда только одного знака — электронами, которые поставляются донорами в свободную зону, нли дырками путем захвата электронов из валентной зоны акцепторами.  [c.92]


При наличии перекрытия двух последовательных энергетических зон, из которых нижняя была бы полностью заполнена, происходит перетекание электронов из одной зоны в другую. При этом концентрация пустых (дырочных) состояний П2 в одной из зон совпадает с концентрацией заполненных (электронных) состояний щ в другой зоне. Такой металл принято называть компенсированным п.1 = п2). Дрейфовый ток в нем в нервом приближении отсутствует. В случае замкнутых ПФ можно с онределенностью говорить либо об электронном ее характере, если внутри находятся заполненные состояния, либо о дырочном, если она окружает пустые состояния. В этом случае, если ni=n , все компоненты тензора проводимости определяются диффузией центров орбит, т. е. ахх Оуу аа/(( ат) электронные орбиты.) Приведенные выражения для компонент тензора проводимости исчерпывающим образом описывают все многообразие возможных асимптотик Поведения гальваномагнитных свойств металлов.  [c.737]

Проводимость дырочная — Справочник химика 21

    Если к полупроводнику приложить невысокую разность потенциалов, то это вызовет движение электронов в зоне проводимости (дырочная проводимость п-типа) и одновременное перемещение дырок (дырочная проводимость р-типа). Движение дырки происходит по следующему механизму электрон, находящийся рядом с дыркой, занимает ее положение, при этом на его месте снова возникает положительно заряженная дырка. Соседний электрон осуществляет подобный переход и т. д. Таким образом, в валентной зоне дырки будут перемещаться в сторону отрицательного электрода, а в зоне проводимости электроны будут двигаться в сторону положительного электрода (рис. 4.17). Проводимость такого типа называется собственной. [c.185]
    Галлий применяется также для легирования германия и кремния с целью образования р — п-переходов (как элемент III группы галлий сообщает им проводимость дырочного типа). Из легированных германия и кремния изготавливают термоэлементы для солнечных батарей, кристаллические детекторы, выпрямители и т. п. [c.245]

    Почти все халькогениды представляют собой полупроводниковые соединения с проводимостью электронного типа. Для теллурида цинка характерна проводимость дырочного типа, а для теллурида кадмия — как электронная, так и дырочная. В условиях синтеза люминофоров сульфид и селенид цинка имеют очень высокое удельное электросопротивление (Ю Ом см). Лишь при специальных условиях легирования, обеспечивающих внедрение избыточного цинка, удается получить сульфид и селенид цинка с низким удельным электросопротивлением (10 2—10 Ом см). Концентрация носителей тока при этом зависит как от содержания донорных примесей, так и от давления пара цинка. [c.31]

    Введение в k-BN приводит к образованию в спектре кристалла полосы вакансионных состояний (ВС), рис. 2.3. Данные состояния концентрируются вблизи верхнего края ВЗ, причем максимум локальной плотности ВС совпадает с Ер кристалла. Иными словами, Vg можно рассматривать как своеобразную акцепторную примесь , вакантные уровни которой при термическом возбуждении могут заселиться с возникновением в нестехиометрическом нитриде проводимости дырочного типа.[c.39]

    Приведенные результаты свидетельствуют, что решеточные вакансии нельзя рассматривать как точечные дефекты их присутствие вызывает возмущение электронных состояний кристалла, достигающее, по крайней мере, второй координационной сферы вакансии. По своему действию на электронные состояния матрицы катионная вакансия (V ) будет выступать как акцепторная примесь , анионная (V ,) — как донорная примесь , инициируя возникновение проводимости дырочного и электронного типов, соответственно. [c.40]

    СВЧ-ферриты. Из двух основных характеристик СВЧ-ферри-тов — ширины линий ферромагнитного резонанса и диэлектрических свойств — последние тесно связаны с концентрацией электронных дефектов, которую можно регулировать в широких пределах в процессе термической обработки., В работе [195] показано, что потери в ферритах в широком диапазоне частот обусловлены свободными электронами, концентрация которых может быть существенно снижена дополнительным отжигом при температуре, выбранной на основе универсальной диаграммы. В ОВЧ-ферритах, содержащих никель в качестве активного компонента, изменение температуры обработки при фиксированном давлении кислорода, равно как и изменение давления кислорода при фиксированной температуре, может привести к замене электронной проводимости дырочной. Минимуму потерь будут соответствовать состояния с собственной проводимостью (пхр), достигаемые при строго определенных для каждого состава температуре и давления кислорода. [c.152]


    Далее А. Ф. Иоффе и его сотрудниками было показано, что стехиометрический избыток металла в соединениях этого типа приводит к появлению обычной электронной проводимости, тогда как избыток металлоида, атомы которого захватывают и сравнительно прочно удерживают электроны, — к проводимости дырочного типа, обусловленной эстафетным перемещением электронов от одного металлоидального атома к соседнему. Такого рода перемещение эквивалентно перемещению положительных электронов .[c.19]

    На электрические свойства германия оказывают влияние различные факторы, из которых основную роль играет наличие посторонних примесей в кристаллической решетке германия. Так, примеси элементов I— III групп периодической системы вызывают в германии проводимость дырочного типа, примеси элементов V—VI групп вызывают электронную проводимость. В связи с этим с особой остротой встает вопрос об анализе металлического германия на содержание примесей различных элементов. [c.56]

    Основная область применения галлия — полупроводниковая техника. Галлий применяется для легирования германия и кремния с целью образования п — р-переходов (как элемент И1 группы галлий сообщает им проводимость дырочного типа). Легированные германий и кремний служат для изготовления самых разнообразных полупроводниковых приборов—термоэлементов для солнечных батарей, кристаллических детекторов, точечных усилителей, выпрямителей и т. д. [8]. [c.144]

    Движение дырки в действительности представляет собой передвижение электронов в заполненной зоне под действием электрического поля. Таким образом, электропроводность в полупроводниках, связанная с движением электронов, является электронной проводимостью (электронный ток), а связанная с движением дырок — дырочной проводимостью (дырочный ток). [c.332]

    Таким образом, ст. тр. при 800° образец, а также восстановленный образец, имеют преобладающий я-тиц проводимости (электронный), а при хемосорбции кислорода и при гидратации преобладающей становится р-проводимость (дырочная), а хемосорбированные частицы (кислород, гидроксильные группы) ведут себя как акцепторы. Небольшие акцепторные свойства имеют также хемосорбированный водород при 500° на восстановленном образце. Следует отметить, что п-тип проводимости, например, для ст. тр. образца может осуществляться не только при большей концентрации электронов, но и при полной стехиометрии образца, когда концентрации электронов и дырок приблизительно равны из-за меньшей подвижности дырок, которая, как известно, составляет сотую или десятую величины подвижности электронов [25].[c.282]

    Была исследована температурная зависимость электропроводности 6 якутских алмазов в области 50—350° СВысказало предположение, что низкотемпературная проводимость яв-.ляется электронной и обусловлена дефектами решетки, а высокотемпературная проводимость — дырочная. Синтетическим алмазам могут быть приданы полупроводниковые свойства (проводимость р-типа) добавлением примесей В, Ве или Л1 (до 1%) в -исходную смесь графита с катализатором [c.586]

    Все соединения включения в графит являются хорошими проводниками. В соединении калия электроны зоны проводимости создают электрический ток так же, как в металле. В соединениях графита с полибромид-ионами проводимость дырочного типа. [c.473]

    Присоединение нолунроводннка к отрицательному полюсу источника напряжения, а металла—к положительному не может в этом случае вызвать появления потока электронов из полупроводника в металл, потому что полоса проводимости дырочного полупроводника пуста. В то же время вследствие поднятия верхней границы заполненной полосы полупроводника (рис. 86, б) движение дырок в полупроводнике по нанравлению к границе металла затруднено, так как возросло поле, задерживающее дви-зисние дырок. [c.218]

    Сульфид свинца имеет кристаллическую структуру, кубическую реш стку. Плотность е о 7,5. Молекулярный вес — 239,28, Температура плавления 1114° С. Ширина запрещенной зоны = 04 эв. В зависимости от соотношения серы и свинца получается проводимость дырочная — [c.253]

    Теллурид ртути — полуметалл, хотя раньше считали его полупроводником с очень малой шириной запретной зоны (порядка 0,01 эв). HgTe может быть л- и р-типа проводимости. Дырочная проводимость, которая обычно наблюдается в теллуриде ртути, обусловлена вакансиями в подрешетке ртути. Поэтому образцы HgTe р-типа при отжиге в парах ртути становятся / -типа проводимости. Максимальная подвижность электронов для образцов теллурида, близких к стехиометрии, составляет 25 ООО при комнатной температуре и 80 ООО сж Ve при 77°К. Изучение температурной зависимости подвижности электронов, знака и температурного хода поперечного и продольного эффектов Нернста — Эттингсгаузена показывают, что HgTe обладает ковалентным типом химической связи. Этим и объясняются наблюдаемые высокие значения подвижности носителей тока среди соединений [c.182]

    Легирование различными элементами не приводит к электронной проводимости. Дырочная проводимость этого соединения обусловлена несовершенством кристаллической решетки, ее сильной деформированностью. Концентрация дефектов, создающих акцепторные уровни, превосходит концентрацию электронов от донорных примесей. [c.215]



Физическая химия (1987) — [ c.654 , c.656 ]

Учебник общей химии (1981) — [ c.94 ]

Химия твердого тела Теория и приложения Ч.2 (1988) — [ c. 2 , c.5 , c.84 , c.103 , c.282 ]

Краткий курс физической химии Изд5 (1978) — [ c.145 ]

Общая химия ( издание 3 ) (1979) — [ c.432 ]

Неорганическая химия (1987) — [ c.145 ]

Общая химия Издание 4 (1965) — [ c.249 ]

Электроника (1954) — [ c.212 ]

Неорганическая химия (1969) — [ c.136 ]

Введение в физическую химию кристаллофосфоров (1971) — [ c.137 , c.202 ]

Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников Издание 2 (1973) — [ c. 329 , c.554 ]

Основы общей химии Т 1 (1965) — [ c.114 , c.115 ]

Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) — [ c.113 ]

Основы общей химии том №1 (1965) — [ c.114 , c.115 ]


Типы проводимости полупроводников

По своей способности проводить электрический ток, полупроводники занимают промежуточное место между хорошими проводниками и диэлектриками. Проводимость этих материалов существенно меняется под влиянием внешних факторов. Такими факторами могут быть, например, температура или количество примесей. В данной статье мы будем рассматривать влияние примесей на проводимость кремния(Si), самого популярного полупроводника в производстве электронных компонентов.

Кристаллическая решетка кремния

В обычном состоянии, атомы кремния образуют кристаллическую решетку. На внешней электронной оболочке атома находятся четыре электрона. С их помощью, устанавливается ковалентная связь с четырьмя соседними атомами. Каждый электрон в такой связи принадлежит двум атомам одновременно. Таким образом, у каждого атома на внешней электронной оболочке находиться восемь электронов. В результате, поскольку последний уровень электронной оболочки оказывается завершенным, у атома очень трудно забрать его электроны и материал ведет себя как диэлектрик (не проводит электрический ток).

Легирование полупроводников

Для того чтобы повысить проводимость полупроводников, их специально загрязняют примесями – атомами химических элементов с другим значением валентности. Примеси с меньшим количеством валентных электронов, чем у полупроводника, называются акцепторами. Примеси с большей валентностью – донорами. Сам этот процесс называется легированием полупроводников. Примерное соотношение — один атом примеси на миллион атомов полупроводника.

Типы проводимости полупроводников

1. Электронная проводимость

Добавим в полупроводник кремния пятивалентный атом мышьяка (As). Посредством четырех валентных электронов, мышьяк установит ковалентные связи c четырьмя соседними атомами кремния. Для пятого валентного электрона не останется пары, и он станет слабо связанным с атомом.

Под действием электромагнитного поля, такой электрон легко отрывается, и вовлекается в упорядоченное движение заряженных частиц (электрический ток). Атом, потерявший электрон, превращается в положительно заряженный ион с наличием свободной вакансии — дырки.

Несмотря на присутствие дырок в полупроводнике кремния с примесью мышьяка, основными носителями свободного заряда являются электроны. Такая проводимость называется электронной, а полупроводник с электронной проводимостью — полупроводником N-типа.

2. Дырочная проводимость

Введем в кристалл кремния трехвалентный атом индия (In). Индий установит ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами кремния. Для четвертого «соседа», у индия не хватает одного электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов кремния.

Атом индия превратиться в негативно заряженный ион, а в ковалентной связи соседних атомов образуется вакансия (дырка). В свою очередь, на это место может перескочить электрон из соседней ковалентной связи. В результате получается хаотическое блуждание дырок по кристаллу.

Если поместить полупроводник в электромагнитное поле, движение дырок станет упорядоченным, т.е. возникнет электрический ток. Таким образом, обеспечивается дырочная проводимость. Полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником P-типа.

PN–переход

Соединив вместе материалы P-типа и N-типа, на их стыке мы получим область электронно-дырочного перехода (PN -перехода). Происходящие внутри PN-перехода физические процессы между электронами дырками, легли в основу принципа работы полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые электронные приборы. » Электронная и дырочная проводимости полупроводников

Март 5, 2009

Химически чистые полупроводники обладают собственной проводимостью, которую в отличие от проводимости, обусловленной наличием примесей, обозначают буквой i. Эта проводимость наполовину электронная и наполовину дырочная. При весьма низкой температуре полупроводник практически является диэлектриком. Но при повышении температуры проводимость его возрастает, так как все большее количество электронов, бывших ранее связанными, переходит в полусвободное состояние и вместе с тем возникает такое же количество дырок.
В 1 см³ германия содержится около 10²²  атомов и при температуре 20 °С возникает 10¹³ полусвободных электронов и столько же дырок. Для кремния это число равно 10¹¹. Следовательно, в чистом полупроводнике число носителей зарядов, способных своим перемещением образовать ток, составляет миллионные и миллиардные доли процента общего числа атомов.

(далее…)

Март 5, 2009

Рис.2 — Прохождение тока через полупроводники с электронной (а) и дырочной (б) проводимостями

Прохождение тока через полупроводники показано на рис.2. Дырки изображены в виде кружочков, а электроны — в виде точек. В полупроводнике типа n (рис.2 а) под действием эдс источника в проводах, соединяющих полупроводник с источником, и самом полупроводнике движутся полусвободные электроны. При дырочной проводимости (рис.2 б) в соединительных проводах по-прежнему движутся электроны, а в полупроводнике ток следует рассматривать как перемещение дырок. Электроны с отрицательного полюса А поступают в полупроводник и заполняют пришедшие к этому полюсу дырки. Такое объединение электронов с дырками называют рекомбинацией.

(далее…)

Март 5, 2009

Рис. 1 — Принцип дырочной проводимости

Рассмотрим рис.1, на котором изображено для различных моментов времени несколько атомов, расположенных вдоль полупроводника. Пусть в начальный момент времени в крайнем атоме слева появилась дырка, вследствие того что из атома ушел электрон (рис.1а). Атом с дыркой имеет положительный заряд и может притянуть к себе электрон   из   соседнего атома. Если в полупроводнике действует электрическое поле (разность потенциалов), то это поле стремится двигать электроны в направлении от отрицательного потенциала к положительному.

(далее…)

Собственная и примесная проводимость полупроводников

Определение 1

В полупроводниках основная зона разделена с зоной возбужденных уровней конечным интервалом энергий ∆E. У проводника она получила название валентной, а зона возбужденный состояний – зоной проводимости.

Если T=0 К, то валентная зона заполняется целиком. В этом случае, зона проводимости свободна. Отсюда следует, что вблизи абсолютного нуля полупроводники не способны проводить ток. Отличие диэлектриков и полупроводников состоит в ширине запрещенной зоны ∆E. Диэлектриками считают полупроводники при ∆E>2 эВ.

Собственная и примесная проводимость полупроводников

Примечание 1

Если температура увеличивается, электроны начинают производить обмен энергии с ионами кристаллической решетки. Это может стать причиной обретения добавочной кинетической энергии ≈kT. Ее количества достаточно для перевода некоторой части электронов в зону проводимости. Там они способны проводить ток.

Определение 2

В валентной зоне освобождаются квантовые состояния, которые электронами не заняты. Эти состояния называют дырками. Они являются носителями тока.

Электроны способны совершать квантовые переходы в незаполненные состояния. Заполненные состояния в этом случае освобождаются, то есть становятся дырками. В результате чего можно наблюдать появление равновесной концентрации дырок.

При отсутствии внешнего поля ее значение одинаковое по всему объему проводника. Квантовый переход сопровождается его перемещением против поля. Он способен уменьшить значение потенциальной энергии системы. Переход, который связан с перемещением в направлении поля, способен увеличить потенциальную энергию системы. При наличии преобладания количества переходов против поля над переходами по полю через полупроводник начнет протекать ток по движению приложенного электрического поля. Незамкнутый полупроводник характеризуется течением тока до тех пор, пока электрическое поле не будет компенсировать внешнее. Конечный результат такой же, как если бы в качестве носителей тока были не электроны, а положительно заряженные дырки. Отсюда следует, что различают два вида проводимости полупроводников: электронная и дырочная.

Носителя тока в металлах и полупроводниках считаются электроны, а дырки введены формально. Дырки в качестве положительно заряженных частиц не существует. Но перемещение в электрическом поле такое же, как и при классическом рассмотрении положительно заряженных частиц. Небольшая концентрация электронов в зоне проводимости и дырки в валентной зоне позволяют применять классическую статистику Больцмана.

Примечание 2

Дырочная и электронная проводимости не связаны с наличием примесей. Ее называют собственной электропроводностью полупроводников.

Если имеется идеально чистый проводник без примесей, то каждому освобожденному электрону при помощи теплового движения или света соответствовало бы образование одной дырки, иначе говоря, количество электронов и дырок, участвующих в создании тока, было бы одинаковое.

Существование идеально чистых полупроводников невозможно, поэтому при необходимости их создают искусственным путем. Даже наличие малого количества примесей способно повлиять на изменение свойств полупроводника.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Примесная проводимость полупроводников

Определение 3

Электропроводность полупроводников, вызванная наличием примесей атомов других химических элементов, называют примесной электрической проводимостью.

Небольшое их количество способно существенно влиять на увеличение проводимости. В металлах происходит обратное явление. Примеси способствуют уменьшению проводимости металлов.

Увеличение проводимости с примесями объясняется тем, что происходит появление дополнительных энергетических уровней в полупроводниках, находящихся в запрещенной зоне полупроводника.

Донорные и акцепторные примеси

Пусть дополнительные уровни в запрещенной зоне появляются около нижнего края зоны проводимости. Если интервал, отделяющий дополнительные уровни энергии от зоны проводимости, мал при сравнении с шириной запрещенной зоны, то произойдет увеличение числа электронов в зоне проводимости, значит, сама проводимость полупроводника возрастет.

Определение 4

Примеси, которые перемещают электроны в зону проводимости, называют донорами или донорными примесями. Дополнительные энергоуровни получили название донорных уровней.

Определение 5

Полупроводники с донорными примесями – это электронные или полупроводники n-типа.

Определение 6

Пусть с введением примеси возникают добавочные уровни около верхнего края валентной зоны. В этом случае электроны из этой зоны переходят на добавочные уровни. Валентная зона характеризуется появлением дырок, так как появляется дырочная электропроводность проводника. Примеси такого рода получили название акцепторных. Дополнительные уровни, располагаемые в них, называют акцепторными.

Определение 7

Полупроводники с акцепторными примесями получили название дырочных или полупроводников p-типа. Имеют место на существование смешанные полупроводники.

Вид проводимости, которым обладает полупроводник, определяют по знаку эффекта Холла.

Определение 8

Легирование – это процесс введение примесей. Если примесный уровень обладает высокой концентрацией, то происходит их расщепление. Перекрытие границ соответствующих энергетических зон считается результатом процесса.

Пример 1

Объяснить, к какому типу примеси относят атомы мышьяка, бора, находящихся в кристаллической решетке кремния.

Решение

Кремний является четырехвалентным атомом, значит, атом содержит 4 электрона. Мышьяк пятивалентен, то есть содержит 5, причем пятый из которых отщепляется по причине наличия теплового движения. Положительный ион мышьяка вытесняет из решетки один из атомов кремния и встает на его место. Происходит возникновение электрона проводимости между узлами решетки. Отсюда следует, что мышьяк считается донорной примесью для кремния.

При рассмотрении бора в качестве примеси для кремния видно, что атом бора имеет наружную оболочку, состоящую из трех электронов. Атом бора захватывает четвертый электрон из соседнего места, находящегося в кристалле кремния. Именно там происходит появление дырки. Отрицательный ион бора, появившийся в ней, вытесняет атом кремния из кристаллической решетки и занимает его место. Говорят о возникновении в нем дырочной проводимости. Бор считается акцепторной примесью.

Ответ: мышьяк – донорная примесь, бор – акцепторная.

Пример 2

Даны термоэлементы с протеканием тока от металла к полупроводнику и наоборот. Объяснить, почему это происходит.

Решение

По условию, электронная и дырочная проводимость проходит в горячем спае. Это объясняется тем, что на конце электронного полупроводника с высокой температурой скорость электронов намного больше, чем в холодном. Отсюда следует, что электроны имеют возможность проходить от горячего конца к холодному до возникновения по причине перераспределения зарядов электрического поля и не останавливать поток диффундирующих электронов.

Только после установления равновесного состояния горячему концу, который потерял все электроны, соответствуют положительные заряды, а холодному – отрицательные. Можно сделать вывод, что имеется разность потенциалов между горячим и холодным концами с положительным знаком.

Дырочный полупроводник характеризуется обратным процессом. Диффузия идет от горячего конца к холодному, причем первый из них обладает отрицательным зарядом, а холодный – положительным. Получаем, что разности потенциалов имеют отрицательное значение, в отличие от электронного полупроводника.

Что такое электрический ток в полупроводниках определение. Полупроводники

Полупроводниками называют вещества, занимающие в отношении электропроводности промежуточное положение между хорошими проводниками и хорошими изоляторами (диэлектриками).

Полупроводниками являются и химические элементы (германий Ge, кремний Si, селен Se, теллур Te), и соединения химических элементов (PbS, CdS, и др.).

Природа носителей тока в различных полупроводниках различна. В некоторых из них носителями зарядов являются ионы; в других носителями зарядов являются электроны .

Собственная проводимость полупроводников

Существует два вида собственной проводимости полупроводников: электронная проводимость и дырочная проводимость полупроводников.

1. Электронная проводимость полупроводников.

Электронная проводимость осуществляется направленным перемещением в межатомном пространстве свободных электронов, покинувших валентную оболочку атома в результате внешних воздействий.

2. Дырочная проводимость полупроводников.

Дырочная проводимость осуществляется при направленном перемещении валентных электронов на вакантные места в парно-электронных связях — дырки. Валентный электрон нейтрального атома, находящегося в непосредственной близости к положительному иону (дырке) притягиваясь к дырке, перескакивает в неё. При этом на месте нейтрального атома образуется положительный ион (дырка), а на месте положительного иона (дырки) образуется нейтральный атом.

В идеально чистом полупроводнике без каких — либо чужеродных примесей каждому свободному электрону соответствует образование одной дырки, т.е. число участвующих в создании тока электронов и дырок одинаково.

Проводимость, при которой возникает одинаковое число носителей заряда (электронов и дырок), называется собственной проводимостью полупроводников.

Собственная проводимость полупроводников обычно невелика, так как мало число свободных электронов. Малейшие следы примесей коренным образом меняют свойства полупроводников.

Электрическая проводимость полупроводников при наличии примесей

Примесями в полупроводнике считают атомы посторонних химических элементов, не содержащиеся в основном полупроводнике.

Примесная проводимость — это проводимость полупроводников, обусловленная внесением в их кристаллические решётки примесей.

В одних случаях влияние примесей проявляется в том, что «дырочный» механизм проводимости становится практически невозможным, и ток в полупроводнике осуществляется в основном движением свободных электронов. Такие полупроводники называются электронными полупроводниками или полупроводниками n — типа (от латинского слова negativus — отрицательный). Основными носителями заряда являются электроны, а не основными — дырки. Полупроводники n — типа — это полупроводники с донорными примесями.

1. Донорные примеси.

Донорными называют примеси, легко отдающие электроны, и, следовательно, увеличивающие число свободных электронов. Донорные примеси поставляют электроны проводимости без возникновения такого же числа дырок.

Типичным примером донорной примеси в четырёхвалентном германии Ge являются пятивалентные атомы мышьяка As.

В других случаях практически невозможным становится движение свободных электронов, и ток осуществляется только движением дырок. Эти полупроводники называются дырочными полупроводниками или полупроводниками p — типа (от латинского слова positivus — положительный). Основными носителями заряда являются дырки, а не основными — электроны. . Полупроводники р — типа — это полу-проводники с акцепторными примесями.

Акцепторными называют примеси в которых для образования нормальных парноэлектронных связей недостаёт электронов.

Примером акцепторной примеси в германии Ge являются трёхвалентные атомы галлия Ga

Электрический ток через контакт полупроводников р- типа и n- типа p-n переход — это контактный слой двух примесных полупроводников p-типа и n-типа; p-n переход является границей, разделяющей области с дырочной (p) проводимостью и электронной (n) проводимостью в одном и том же монокристалле.

Прямой p-n переход

Если n-полупроводник подключён к отрицательному полюсу источника питания, а положительный полюс источника питания соединён с р-полупроводником, то под действием электрического поля электроны в n-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике будут двигаться навстречу друг другу к границе раздела полупроводников. Электроны, переходя границу, «заполняют» дырки, ток через р-n-переход осуществляется основными носителями заряда. Вследствие этого проводимость всего образца возрастает. При таком прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля толщина запирающего слоя и его сопротивление уменьшаются.

В этом направлении ток проходит через границу двух полупроводников.


Обратный р-n-переход

Если n-полупроводник соединён с положительным полюсом источника питания, а р-полупроводник соединён с отрицательным полюсом источника питания, то электроны в n-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике под действием электрического поля будут перемещаться от границы раздела в противоположные стороны, ток через р-n-переход осуществляется неосновными носителями заряда. Это приводит к утолщению запирающего слоя и увеличению его сопротивления. Вследствие этого проводимость образца оказывается незначительной, а сопротивление — большим.

Образуется так называемый запирающий слой. При таком направлении внешнего поля электрический ток через контакт р- и n-полупроводников практически не проходит.

Таким образом электронно-дырочный переход обладает одно-сторонней проводимостью.

Зависимость силы тока от напряжения — вольт — амперная характеристика р-n перехода изображена на рисунке (вольт — амперная характеристика прямого р-n перехода изображена сплошной линией, вольт — амперная характеристика обратного р-n перехода изображена пунктирной линией).

Полупроводниковые приборы:

Полупроводниковый диод — для выпрямления переменного тока, в нем используют один р — n — переход с разными сопротивлениями: в прямом направлении сопротивление р — n — перехода значительно меньше, чем в обратном.

Фоторезисторы — для регистрации и измерения слабых световых потоков. С их помощью определяют качество поверхностей, контролируют размеры изделий.

Термисторы — для дистанционного измерения температуры, противопожарной сигнализации.

На этом уроке мы рассмотрим такую среду прохождения электрического тока, как полупроводники. Мы рассмотрим принцип их проводимости, зависимость этой проводимости от температуры и наличия примесей, рассмотрим такое понятие, как p-n переход и основные полупроводниковые приборы.

Если же совершить прямое подключение, то внешнее поле нейтрализует запирающее, и ток будет совершаться основными носителями заряда (рис. 9).

Рис. 9. p-n переход при прямом подключении ()

При этом ток неосновных носителей ничтожно мал, его практически нет. Поэтому p-n переход обеспечивает одностороннюю проводимость электрического тока.

Рис. 10. Атомная структура кремния при увеличении температуры

Проводимость полупроводников является электронно-дырочной, и такая проводимость называется собственной проводимостью. И в отличие от проводниковых металлов при увеличении температуры как раз увеличивается количество свободных зарядов (в первом случае оно не меняется), поэтому проводимость полупроводников растет с ростом температуры, а сопротивление уменьшается (рис. 10).

Очень важным вопросом в изучении полупроводников является наличие примесей в них. И в случае наличия примесей следует говорить уже о примесной проводимости.

Полупроводниковые приборы

Малые размеры и очень большое качество пропускаемых сигналов сделали полупроводниковые приборы очень распространенными в современной электронной технике. В состав таких приборов может входить не только вышеупомянутый кремний с примесями, но и, например, германий.

Одним из таких приборов является диод — прибор, способный пропускать ток в одном направлении и препятствовать его прохождению в другом. Он получается вживлением в полупроводниковый кристалл p- или n-типа полупроводника другого типа (рис. 11).

Рис. 11. Обозначение диода на схеме и схема его устройства соответственно

Другим прибором, теперь уже с двумя p-n переходами, называется транзистор. Он служит не только для выбора направления пропускания тока, но и для его преобразования (рис. 12).

Рис. 12. Схема строения транзистора и его обозначение на электрической схеме соответственно ()

Следует отметить, что в современных микросхемах используется множество комбинаций диодов, транзисторов и других электрических приборов.

На следующем уроке мы рассмотрим распространение электрического тока в вакууме.

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) — М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. — М.: Илекса, 2005.
  3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. — М.: 2010.
  1. Принципы действия устройств ().
  2. Энциклопедия Физики и Техники ().

Домашнее задание

  1. Вследствие чего в полупроводнике появляются электроны проводимости?
  2. Что такое собственная проводимость полупроводника?
  3. Как зависит проводимость полупроводника от температуры?
  4. Чем отличается донорная примесь от акцепторной?
  5. *Какую проводимость имеет кремний с примесью а) галлия, б) индия, в) фосфора, г) сурьмы?

Урок № 41-169 Электрический ток в полупроводниках. Полупроводниковый диод. Полупроводниковые приборы.

Полупроводник — вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры., а это значит, что электрическая проводимость увеличивается. Наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.Механизм проводимости у полупроводников Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик. Если полупроводник чистый(без примесей), то он обладает собственной проводимостью (невелика). Собственная проводимость бывает двух видов: 1)электронная (проводимость «п «-типа) При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; При увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны — сопротивление уменьшается.Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности электрического поля. Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов. 2)дырочная (проводимость «р»-типа). При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном — «дырка». Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение «дырки» равноценно перемещению положительного заряда. Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.Разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны нагреванием, освещением (фотопроводимость) и действием сильных электрических полей. Зависимость R(t): термистор
— дистанционное измерение t; — противопожарная сигнализация

Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей «р» и «n» -типов и называется электронно-дырочной проводимостью.Полупроводники при наличии примесей У них существует собственная и примесная проводимость. Наличие примесей сильно увеличивает проводимость. При изменении концентрации примесей изменяется число носителей электрического тока — электронов и дырок. Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников. Существуют следующие примеси: 1) донорные примеси (отдающие) — являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике. Это проводники » n » — типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда — электроны, а неосновной — дырки. Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью (пример – мышьяк). 2) акцепторные примеси (принимающие) создают «дырки», забирая в себя электроны. Это полупроводники » р «- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда – дырки, а неосновной — электроны. Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью (пример – индий). Электрические свойства «р- n » переходов. «р-п» переход (или электронно-дырочный переход) — область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот). В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия, электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника. Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя. При прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля ток проходит через границу двух полупроводников. Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.

При запирающем (обратном направлении внешнего электрического поля) ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет. Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается. Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью.

Полупроводниковый диод — полупроводник с одним «р-п» переходом. П
олупроводниковые диоды основные элементы выпрямителей переменного тока.
При наложении электрического поля: в одном направлении сопротивление полупроводника велико, в обратном — сопротивление мало.
Транзисторы. (от английских слов transfer — переносить, resistor – сопротивление) Рассмотрим один из видов транзисторов из германия или кремния с введенными в них донорными и акцепторными примесями. Распределе­ние примесей таково, что создает­ся очень тонкая (порядка несколь­ких микрометров) прослойка полупроводника п-типа между дву­мя слоями полупроводника р-типа (см. рис.). Эту тонкую прослойку называют основанием или базой. В кристалле образуются два р -n-перехода, прямые направле­ния которых противоположны. Три вывода от областей с различными типами проводимости позволяют включать транзистор в схему, изо­браженную на рисунке. При данном включении левый р -n-пе­реход является прямым и отделяет базу от области с проводимостью р-типа, называемую эмиттером. Если бы не было правого р -n-перехода, в цепи эмиттер — база су­ществовал бы ток, зависящий от напряжения источников (батареи Б1 и источника переменного напряжения) и со­противления цепи, включая малое сопротивление прямо­го перехода эмиттер — база. Батарея Б2 включена так, что правый р -n-переход в схеме (см. рис.) является обратным. Он отделяет базу от правой области с проводимостью р-типа, называ­емой коллектором. Если бы не было левого р -n-перехо­да, сила тока в цепи коллектора была бы близка к ну­лю, так каксопротивление обратного перехода очень велико. При существовании же тока в левом р -n-пере­ходе появляется ток и в цепи коллектора, причем сила тока в коллекторе лишь немного меньше силы тока в эмиттере (если на эмиттер подано отрицательное напряжение, то левый р -n-переход будет обратным и ток в цепи эмиттера и в цепи коллек­тора будет практически отсутствовать). При создании напряжения между эмиттером и базой основные носители полупровод­ника р-типа — дырки проникают в базу, где они явля­ются уже неосновными носителями. Поскольку толщина базы очень мала и число основных носителей (электро­нов) в ней невелико, попавшие в нее дырки почти не объ­единяются (не рекомбинируют) с электронами базы и про­никают в коллектор за счет диффузии. Правый р -n-переход закрыт для основных носителей заряда ба­зы — электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала, так как площадь сечения базы в горизонтальной (см. рис. выше) плоскости много меньше сечения в верти­кальной плоскости.

Сила тока в коллекторе, практически равная силе то­ка в эмиттере, изменяется вместе с током в эмиттере. Со­противление резистора R мало влияет на ток в коллекто­ре, и это сопротивление можно сделать достаточно большим. Управляя током эмиттера с помощью источника перемен­ного напряжения, включенного в его цепь, мы получим синхронное изменение напряжения на резисторе R.

При большом сопротивлении резистора изменение напря­жения на нем может в десятки тысяч раз превышать изме­нение напряжения сигнала в цепи эмиттера. Это означает усиление напряжения. Поэтому на нагрузке R можно полу­чить электрические сигналы, мощность которых во много раз превосходит мощность, поступающую в цепь эмиттера.

Применение транзисторов Свойства р -п-перехода в полупроводниках использу­ются для усиления и генерации электрических колебаний.



3

>>Физика: Электрический ток в полупроводниках

В чем главное отличие полупроводников от проводников? Какие особенности строения полупроводников открыли им доступ во все радиоустройства, телевизоры и ЭВМ?
Отличие проводников от полупроводников особенно проявляется при анализе зависимости их электропроводимости от температуры. Исследования показывают, что у ряда элементов (кремний, германий, селен и др.) и соединений (PbS, CdS, GaAs и др.) удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов (рис.16.3 ), а, наоборот, чрезвычайно резко уменьшается (рис.16.4 ). Такие вещества и называют полупроводниками .

Из графика, изображенного на рисунке, видно, что при температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводников очень велико. Это означает, что при низких температурах полупроводник ведет себя как диэлектрик. По мере повышения температуры его удельное сопротивление быстро уменьшается.
Строение полупроводников . Для того чтобы включить транзисторный приемник, знать ничего не надо. Но чтобы его создать, надо было знать очень много и обладать незаурядным талантом. Понять же в общих чертах, как работает транзистор, не так уж и трудно. Сначала необходимо познакомиться с механизмом проводимости в полупроводниках. А для этого придется вникнуть в природу связей , удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга.
Для примера рассмотрим кристалл кремния.
Кремний — четырехвалентный элемент. Это означает, что во внешней оболочке его атома имеется четыре электрона, сравнительно слабо связанных с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Схема структуры кристалла кремния изображена на рисунке 16.5.

Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой ковалентной связью . В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отделяются от атома, которому они принадлежат (коллективируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга.
Не надо думать, что коллективированная пара электронов принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего атома, он может перейти к следующему, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу.
Парноэлектронные связи в кристалле кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток. Участвующие в связи атомов валентные электроны являются как бы «цементирующим раствором», удерживающим кристаллическую решетку, и внешнее электрическое поле не оказывает заметного влияния на их движение. Аналогичное строение имеет кристалл германия.
Электронная проводимость. При нагревании кремния кинетическая энергия частиц повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают свои «проторенные пути» и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, создавая электрический ток (рис.16.6 ).

Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью . При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. При нагревании от 300 до 700 К число свободных носителей заряда увеличивается от 10 17 до 10 24 1/м 3 . Это приводит к уменьшению сопротивления.
Дырочная проводимость. При разрыве связи между атомами полупроводника образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называютдыркой . В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, не разорванными связями (см. рис. 16.6).
Положение дырки в кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит следующий процесс. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место образовавшейся дырки и восстанавливает здесь парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил этот электрон, образуется новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.
Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то перемещение дырок, равноценное перемещению положительных зарядов, происходит беспорядочно и поэтому не создает электрического тока. При наличии электрического поля возникает упорядоченное перемещение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно направлению движения электронов (рис.16.7 ).

В отсутствие внешнего поля на один свободный электрон (-) приходится одна дырка (+). При наложении поля свободный электрон смещается против напряженности поля. В этом направлении перемещается также один из связанных электронов. Это выглядит как перемещение дырки в направлении поля.
Итак, в полупроводниках имеются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Поэтому полупроводники обладают не только электронной, но и дырочной проводимостью .
Мы рассмотрели механизм проводимости чистых полупроводников. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников.
Проводимость чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места парноэлектронных связей (дырочная проводимость).

???
1. Какую связь называют ковалентной ?
2. В чем состоит различие зависимости сопротивления полупроводников и металлов от температуры?
3. Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике?
4. Что происходит при встрече электрона с дыркой?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,

В полупроводниках свободные электроны и дырки на­ходятся в состоянии хаотического движения. Поэтому, если выбрать произвольное сечение внутри объема полупровод­ника и подсчитать число носителей заряда, проходящих через это сечение за единицу времени слева направо и справа налево, значения этих чисел окажутся одинаковы­ми. Это означает, что электрический ток в данном объеме полупроводника отсутствует. При помещении полупроводника в электрическое поле напряженностью Е на хаотическое движение носителей зарядов накладывается составляющая направленного дви­жения. Направленное движение носителей зарядов в элек­трическом поле обусловливает появление тока, называе­мого дрейфовым (рис. 1.5)

В области высоких температур концентрация электро­нов и дырок значительно возрастает за счет разрыва ковалентных связей и, несмотря на уменьшение их подвижно­сти, электропроводность полупроводника увеличивается по экспоненциальному закону.

Рисунок 1.5 Дрейфовый ток в полупроводнике

1.2.2 Диффузионный ток

Кроме теплового возбуждения, приводящего к возник­новению равновесной концентрации зарядов, равномерно распределенных по объему полупроводника, обогащение полупроводника электронами до концентрации n p и дыр­ками до концентрации p n может осуществляться его осве­щением, облучением потоком заряжённых частиц, введе­нием их через контакт (инжекцией) и т. д. В этом случае энергия возбудителя передается непосредственно носите­лям заряда и тепловая энергия кристаллической решетки остается практически постоянной. Следовательно, избы­точные носители заряда не находятся в тепловом равнове­сии с решеткой и поэтому называются неравновесными. В отличие от равновесных они могут неравномерно распре­деляться по объему полупроводника (рис. 1.6)

После прекращения действия возбудителя за счет реком­бинации электронов и дырок концентрация избыточных но­сителей быстро убывает и достигает равновесного значения.

Носители зарядов рекомбинируют в объеме полупро­водника и на его поверхности. Неравномерное распределение неравновесных носите­лей зарядов сопровождается их диффузией в сторону мень­шей концентрации. Это движение носителей зарядов обу­словливает прохождение электрического тока, называемо­го диффузионным (рис. 1.6).

Рисунок 1.6 Диффузионный ток в полупроводнике

1.3 Контактные явления

    Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на физических явлениях, происходящих в области контакта твердых тел. При этом преимущест­венно используются контакты: полупроводник-полупровод­ник; металл-полупроводник; металл-диэлектрик-полупро­водник.

Если переход создается между полупроводниками n-типа и p-типа, то его называют электронно-дырочным или p-n переходом.

Электронно-дырочный переход создается в одном кри­сталле полупроводника с использованием сложных и раз­нообразных технологических операций.

Рассмотрим p-n переход, в котором концентрации до­норов N д и акцепторов N a изменяются скачком на границе раздела (рис. 1.7, а). Такой p-n переход называют рез­ким. Равновесная концентрация дырок в p-области () значительно превышает их концентрацию вn-области (). Аналогично для электронов выполняется условие>. Неравномерное распределение концентраций одноименных носителей зарядов в кристалле (рис. 1.7, б) приводит к возникновению диффузии электронов изn-области в p-область и дырок из p-области в n-область. Такое движе­ние зарядов создает диффузионный ток электронов и ды­рок.

Электроны и дырки, переходя через контакт навстречу друг другу (благодаря диффузии), рекомбинируют и в приконтактной области дырочно­го полупроводника образуется нескомпенсированный заряд отрицатель­ных ионов акцепторных примесей, а в электронном полу­проводнике нескомпенсированный заряд положительных донорных ионов (рис. 1.6, в). Таким образом, электрон­ный полупроводник заряжается положительно, а дыроч­ный — отрицательно. Между областями с различными ти­пами электропроводности возникает собственное электри­ческое поле напряженностью E соб (рис. 1.7, а), созданное двумя слоями объемных зарядов.

Собственное электрическое поле является тормозя­щим для основных носителей заряда и ускоряющим для неосновных. Электроны p-области и дырки n-области, со­вершая тепловое движение, попадают в пределы диффузи­онного электрического поля, увлекаются им и перебрасы­ваются в противоположные области, образуя ток дрейфа, или ток проводимости.

Рисунок 1.7 Равновесное состояние p-n перехода

Приконтактную область, где имеется собственное электрическое поле, называют p n переходом . В данной области полупровод­ник характеризуется собственной электропроводностью и обладает по сравнению с остальным объемом повышен­ным сопротивлением. В связи с этим его называют запи­рающим слоем или областью объемного заряда.

На ширину запираю­щего слоя существенное влияние оказывает концентрация примесных атомов. Увеличение концентрации примесных атомов сужает запирающий слой, а уменьшение расширя­ет его. Это часто используется для придания полупровод­никовым приборам требуемых свойств.

Рекомендуем также

10,5: Полупроводники — ширина запрещенной зоны, цвета, проводимость и легирование

Полупроводники, как мы отметили выше, несколько произвольно определяются как изоляторы с запрещенной зоной < 3,0 эВ (~ 290 кДж / моль). Это ограничение выбрано потому, что, как мы увидим, проводимость нелегированных полупроводников экспоненциально спадает с увеличением ширины запрещенной зоны, а при 3,0 эВ она очень мала. Кроме того, материалы с более широкими запрещенными зонами (например, SrTiO 3 , E gap = 3,2 эВ) не поглощают свет в видимой части спектра

В периодической таблице есть ряд мест, где мы находим полупроводники:

  • Ранние оксиды и нитриды переходных металлов, особенно с числом электронов d 0 , такие как TiO 2 , TaON и WO 3
  • Оксиды более поздних 3d-элементов, таких как Fe 2 O 3 , NiO и Cu 2 O
  • Слоистые халькогениды переходных металлов с электронами d 0 , d 2 и d 6 , включая TiS 2 , ZrS 2 , MoS 2 , WSe 2 и PtS 2
  • d 10 галогениды меди и ленты, e.g., CuI, AgBr и AgI
  • Соединения p-блочных элементов со структурой цинковой обманки и вюрцита, особенно изоэлектронные с Si или Ge, такие как GaAs и CdTe. Хотя они наиболее распространены, существуют и другие полупроводники с p-блоком, которые не являются изоэлектронными и имеют другую структуру, включая GaS, PbS и Se.

Пластина размером 2 дюйма, вырезанная из монокристалла GaAs. GaAs, как и многие полупроводники с p-блоком, имеет структуру цинковой обманки.

p-block octet Semiconductors на сегодняшний день являются наиболее изученными и важными для технологических приложений, и это те, которые мы обсудим подробно.

Структура цинковой обманки и вюрцита полупроводников имеет 8 валентных электронов на 2 атома. Эти комбинации включают 4-4 (Si, Ge, SiC,…), 3-5 (GaAs, AlSb, InP,…), 2-6 (CdSe, HgTe, ZnO,…) и 1-7 (AgCl, CuBr ,…) Полупроводники. Также возможны другие варианты, которые дополняют конфигурацию октетов, например Cu I In III Se 2 , который имеет структуру халькопирита , показанную справа.

Структура халькопирита принята в ABX 2 октетных полупроводников, таких как Cu I In III Se 2 и Cd II Sn IV P 2 . Элементарная ячейка удвоена по сравнению с исходной структурой из цинковой обманки из-за упорядоченного расположения катионов. Каждый анион (желтый) координируется двумя катионами каждого типа (синим и красным).

Как ширина запрещенной зоны изменяется в зависимости от состава ? Есть две важные тенденции

(1) При переходе на вниз по группе в периодической таблице промежуток уменьшается :

C (алмаз)> Si> Ge> α-Sn

E разрыв (эВ): 5,4 1,1 0,7 0.0

Эту тенденцию можно понять, вспомнив, что промежуток E связан с разделением энергии между связывающими и разрыхляющими орбиталями . Эта разница уменьшается (и связи становятся слабее) по мере увеличения главного квантового числа.

(2) Для изоэлектронных соединений увеличение ионности приводит к увеличению ширины запрещенной зоны на .

Ge
0.7 1,4 2,8 эВ
Sn
0,0 0,2 1,6 2,8 эВ

Эту тенденцию также можно понять из простой картины МО, как мы обсуждали в гл. 2. По мере увеличения разности электроотрицательностей Δχ увеличивается и разность энергий между связывающими и разрыхляющими орбиталями.

Ширина запрещенной зоны — очень важное свойство полупроводника, поскольку она определяет его цвет и проводимость.Многие применения полупроводников связаны с запрещенной зоной:

  • Материалы с узким зазором (Hg x Cd 1-x Te, VO 2 , InSb, Bi 2 Te 3 ) используются в качестве инфракрасных фотодетекторов и термоэлектриков (которые преобразуют тепло в электричество).
  • Материалы с более широким зазором (Si, GaAs, GaP, GaN, CdTe, CuIn x Ga 1-x Se 2 ) используются в электронике, светодиодах и солнечных элементах.

Цветовой круг, показывающий цвета и длину волны излучаемого света.

Твердые растворы полупроводников, такие как GaAs 1-x P x , имеют ширину запрещенной зоны, которая занимает промежуточное положение между соединениями концевых элементов, в данном случае GaAs и GaP (обе структуры с цинковой обманкой). Часто существует линейная зависимость между составом и запрещенной зоной, которая упоминается как закон Вегарда . Этот «закон» часто нарушается в реальных материалах, но, тем не менее, предлагает полезные рекомендации для проектирования материалов с определенными ширинами запрещенной зоны.Например, красные и оранжевые светодиоды (LED) изготовлены из твердых растворов с составом GaP 0,40 As 0,60 и GaP 0,65 As 0,35 соответственно. Увеличение мольной доли более легкого элемента (P) приводит к большей ширине запрещенной зоны и, следовательно, к более высокой энергии испускаемых фотонов.

Цвета полупроводников

Цвет поглощенного и испускаемого света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника. Видимый свет охватывает диапазон примерно 390-700 нм, или 1.8-3,1 эВ. Цвет излучаемого света от светодиода или полупроводникового лазера соответствует энергии запрещенной зоны и может быть считан на цветовом круге, показанном справа.

Fe 2 O 3 Порошок красновато-оранжевый из-за ширины запрещенной зоны 2,2 эВ

Цвет поглощенного света включает в себя энергию запрещенной зоны, но также и все цвета с более высокой энергией (более короткая длина волны), потому что электроны могут возбуждаться из валентной зоны до диапазона энергий в зоне проводимости.Таким образом, полупроводники с шириной запрещенной зоны в инфракрасном диапазоне (например, Si, 1,1 эВ и GaAs, 1,4 эВ) кажутся черными, потому что они поглощают все цвета видимого света. Полупроводники с широкой запрещенной зоной, такие как TiO 2 (3,0 эВ), белые, потому что они поглощают только в УФ. Fe 2 O 3 имеет ширину запрещенной зоны 2,2 эВ и, таким образом, поглощает свет с λ <560 нм. Таким образом, он кажется красновато-оранжевым (цвета света, отраженного от Fe 2 O 3 ), потому что он поглощает зеленый, синий и фиолетовый свет.Точно так же CdS (E gap = 2,6 эВ) желтый, потому что он поглощает синий и фиолетовый свет.

Электроны и дырки в полупроводниках

Чистые (нелегированные) полупроводники могут проводить электричество, когда электроны перемещаются под действием тепла или света из валентной зоны в зону проводимости. Продвижение электрона (e ) оставляет после себя дырку (h + ) в валентной зоне. Дырка, представляющая собой отсутствие электрона на связывающей орбитали, также является подвижным носителем заряда, но с положительным зарядом.Движение дырок в решетке можно представить как движение пустого места в многолюдном театре. Свободное место в середине ряда может переместиться в конец ряда (чтобы разместить человека, опоздавшего на фильм), если все переместятся на одно место. Поскольку движение отверстия происходит в направлении, противоположном движению электронов, оно действует как носитель положительного заряда в электрическом поле.

Противоположный процесс возбуждения, при котором образуется электронно-дырочная пара, — их рекомбинация.Когда электрон зоны проводимости опускается вниз, чтобы рекомбинировать с дыркой валентной зоны, оба аннигилируют, и энергия высвобождается. Это высвобождение энергии отвечает за излучение света в светодиодах.

Электронно-дырочная пара создается путем добавления к полупроводнику тепловой или световой энергии E > E зазор (синяя стрелка). Электронно-дырочная пара рекомбинирует с выделением энергии, равной E gap (красная стрелка).{(\ frac {-E_ {gap}} {2kT})}} \]

Для чистого Si (E зазор = 1,1 эВ) с N ≈ 10 22 / см 3 , мы можем вычислить из этого уравнения плотность носителей n i , приблизительно равную 10 10 / см 3 при 300 К. Это примерно на 12 порядков ниже, чем плотность валентных электронов Al, элемента, расположенного слева от Si в периодической таблице. Таким образом, мы ожидаем, что проводимость чистых полупроводников будет на много порядков ниже, чем проводимость металлов.

Электропроводность собственных полупроводников

Проводимость (σ) является произведением плотности носителей (n или p), их заряда (e) и их подвижности (µ). Вспомните из главы 6, что µ — это отношение скорости дрейфа носителя к электрическому полю и имеет единицы измерения: см 2 / Вольт-секунда. Обычно электроны и дырки имеют несколько разные подвижности (µ e и µ h , соответственно), поэтому проводимость определяется по формуле:

\ [\ sigma = ne \ mu_ {e} + pe \ mu_ {h} \]

Напомним из гл.{\ frac {1} {2}} е \ mu \]

Измеряя проводимость как функцию температуры, можно получить энергию активации проводимости, которая составляет E gap /2. Этот вид графика, напоминающий график Аррениуса, показан справа для трех различных нелегированных полупроводников. Наклон линии в каждом случае составляет -E , зазор / 2k.

Графики зависимости ln (σ) от обратной температуры для собственных полупроводников Ge (E gap = 0.7 эВ), Si (1,1 эВ) и GaAs (1,4 эВ). Наклон линии -E , разрыв / 2k.

Легирование полупроводников. Почти все применения полупроводников включают контролируемое легирование , которое представляет собой замещение примесных атомов в решетке. Очень небольшое количество примесей (в миллионных долях) резко влияет на проводимость полупроводников. По этой причине необходимы очень чистые полупроводниковые материалы, которые тщательно легированы — как с точки зрения концентрации, так и с точки зрения пространственного распределения примесных атомов.

Легирование n- и p-типа . В кристаллическом Si каждый атом имеет четыре валентных электрона и четыре связи со своими соседями. Это ровно то количество электронов, которое полностью заполняет валентную зону полупроводника. Введение атома фосфора в решетку (положительно заряженный атом на рисунке справа) добавляет дополнительный электрон, потому что P имеет пять валентных электронов, и им нужно только четыре, чтобы создать связи со своими соседями. Дополнительный электрон при низкой температуре связан с атомом фосфора на водородоподобной молекулярной орбитали, которая намного больше, чем 3s-орбиталь изолированного атома P, из-за высокой диэлектрической проницаемости полупроводника.В кремнии этот «расширенный» боровский радиус составляет примерно 42 Å, то есть в 80 раз больше, чем в атоме водорода. Энергия, необходимая для ионизации этого электрона, чтобы он мог свободно перемещаться в решетке, составляет всего около 40–50 мэВ, что ненамного превышает тепловую энергию (26 мэВ) при комнатной температуре. Следовательно, уровень Ферми находится чуть ниже края зоны проводимости, и большая часть этих дополнительных электронов продвигается в зону проводимости при комнатной температуре, оставляя фиксированные положительные заряды на узлах атома P.Кристалл n-легирован , что означает, что основной носитель заряда (электрон) имеет n положительно заряженных частиц.

В качестве альтернативы бор может заменить кремний в решетке, что приведет к легированию p-типа , в котором основной носитель (дырка) заряжен на p . Бор имеет только три валентных электрона и «заимствует» один из решетки Si, создавая положительно заряженную дырку, которая существует на большой водородоподобной орбитали вокруг атома B. Эта дырка может стать делокализованной, если электрон из валентной зоны заполнит локализованное состояние дырки.Опять же, для этого процесса требуется всего 40–50 мэВ, и поэтому при комнатной температуре большая часть дырок, вносимых легированием бором, находится в состояниях делокализованной валентной зоны. Уровень Ферми (уровень энергии электронов, который имеет 50% -ную вероятность заполнения при нулевой температуре) находится чуть выше края валентной зоны в полупроводнике p-типа.

Легирование полупроводников n- и p-типа включает замещение электронодонорных атомов (светло-оранжевый) или акцепторных атомов (синий) в решетке.Эти замещения вводят дополнительные электроны или дырки, соответственно, которые легко ионизируются тепловой энергией и становятся свободными носителями. Уровень Ферми легированного полупроводника находится на несколько десятков мВ ниже зоны проводимости (n-тип) или выше валентной зоны (p-тип).

Как отмечалось выше, легирование полупроводников резко меняет их проводимость. Например, собственная концентрация носителей заряда в Si при 300 К составляет примерно 10 10 см -3 .{-6} \: at \: 300K \]

Если мы заменим Si на P на уровне одной миллионной доли, концентрация электронов составит примерно 10 16 см -3 , так как имеется примерно 10 22 атомов Si / см 3 в кристалл. Согласно уравнению действия масс, если n = 10 16 , то p = 10 4 см -3 . Из этого расчета можно сделать три следствия:

  • Плотность носителей в легированном полупроводнике (10 16 см -3 ) намного выше, чем в нелегированном материале (~ 10 10 см -3 ), поэтому проводимость также на много порядков величина выше.
  • Энергия активации проводимости составляет всего 40–50 мэВ, поэтому проводимость не сильно меняется с температурой (в отличие от собственного полупроводника).
  • Неосновные носители (в данном случае дырки) не вносят вклад в проводимость, потому что их концентрация намного ниже, чем концентрация основных носителей (электронов).

Точно так же для материалов p-типа в проводимости преобладают дырки, и она также намного выше, чем у собственного полупроводника.

Химия легирования полупроводников. Иногда не сразу очевидно, какой вид легирования (n- или p-типа) вызывается «испорчением» кристаллической решетки полупроводника. Помимо замещения примесных атомов на нормальных узлах решетки (примеры, приведенные выше для Si), также возможно допирование вакансиями — отсутствующими атомами — и межузельными атомами — дополнительными атомами на узлах, которые обычно не заняты. Вот несколько простых правил:

  • Для замен, добавление атома справа от в периодической таблице приводит к легированию n-типа , а атом к слева к легированию p-типа .

Например, когда TiO 2 легирован Nb на некоторых участках Ti или F на участках O, результатом будет легирование n-типа. В обоих случаях примесный атом имеет на один валентный электрон больше, чем атом, на который он был заменен. Точно так же замена небольшого количества Zn на Ga в GaAs или небольшого количества Li на Ni в NiO приводит к легированию p-типа.

  • Анионные вакансии приводят к легированию n-типа и катионных вакансий при легировании p-типа .

Примерами являются анионные вакансии в CdS 1-x и WO 3-x , оба из которых дают полупроводники n-типа, и вакансии меди в Cu 1-x O, которые дают полупроводник p-типа.

  • Межузельные катионы (например, Li) отдают электроны решетке, что приводит к легированию n-типа . Межузельные анионы довольно редки, но могут привести к легированию p-типа.

Иногда в одном кристалле могут быть примеси как p-, так и n-типа, например примеси B и P в решетке Si или катионные и анионные вакансии в решетке оксида металла.В этом случае два вида легирования компенсируют друг друга, и тип легирования определяется тем, который имеет более высокую концентрацию. Допант также может присутствовать более чем на одном сайте. Например, Si может занимать как позиции Ga, так и As в GaAs, и эти два замещения компенсируют друг друга. Однако Si немного отдает предпочтение центру Ga, что приводит к легированию n-типа.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Концентрация дырок

— обзор

6.2.3 Диаграммы зон

Обычно проводящие электроны занимают состояния в зоне проводимости, близкие к самой низкой энергии в зоне проводимости, E c , которая называется проводимостью край полосы или нижний край зоны зоны проводимости. Дырки, занимающие состояния в валентной зоне, близки к наивысшей энергии в валентной зоне, E v . E v называется краем валентной зоны или вершиной валентной зоны. Зависимости E c и E v в полупроводниковом приборе от положения называются полосными диаграммами . Диаграммы очень полезны для иллюстрации свойств и понимания поведения полупроводниковых материалов и устройств.В качестве примера на рис. 6.7 показана зонная диаграмма полупроводника в электрическом поле.

РИСУНОК 6.7. Зонная диаграмма полупроводника в электрическом поле

В электрическом поле, F , полосы наклонены, с наклоном — qF. Стрелки на рис. 6.7 представляют направления сил, действующих на электроны и дырки электрическим полем. (Поскольку электроны заряжены отрицательно, а дырки — положительно, они движутся в противоположных направлениях.)

В свободном пространстве энергия электрона равна:

(6.1) E = mev2 / 2,

, где m e — масса свободного электрона, а v — скорость электрона. Согласно основам квантовой механики, электрон обладает как частицами, так и волнообразными свойствами, а его импульс, p = m e v , может быть связан с его волновым вектором k :

(6.2) p = ℏk,

, где ħ = 1.055 × 10 −34 js — постоянная Планка. Следовательно, уравнение 6.1 можно переписать как:

(6.3) E = ℏ2k2 / 2me.

В полупроводниковых материалах зависимость E ( k ) более сложная (см. Рисунок 6.8). Вблизи самой нижней точки зоны проводимости зависимость энергии электрона от волнового вектора все еще может быть аппроксимирована параболической функцией, аналогичной функции электрона в свободном пространстве (см. Уравнение 6.3 и рисунок 6.8). Однако кривизна этой зависимости обычно сильно отличается от кривизны для электрона в свободном пространстве. Более того, разные кристаллографические направления не эквивалентны, и эта кривизна может зависеть от направления.Эти особенности могут быть учтены путем введения тензора обратной эффективной массы с компонентами, определяемыми следующим образом:

РИСУНОК 6.8. Качественные энергетические спектры электронов в свободном пространстве. Si и GaAs. Затененные состояния в валентных зонах заполнены валентными электронами. Рисунок адаптирован из Shur (1996).

(6.4) 1mi, j = 1ℏ2∂2En∂ki∂kj,

k i и kj — проекции волнового вектора k . Когда E ( k ) зависит только от величины k , а не от направления k , этот тензор сводится к скалярной обратной эффективной массе, 1 / m n . Так обстоит дело с GaAs, где зависимость энергии электронов от волнового вектора вблизи самой нижней точки зоны проводимости может быть аппроксимирована следующей функцией:

(6.5) En (k) = Ec + ℏ2k22mn.

В Si, однако, самая низкая точка минимума зоны проводимости достаточно анизотропна. В этом случае простейшее уравнение для E ( k ) получается выражением k через две составляющие: k l и k t , который перпендикулярен k l .Эти компоненты называются продольными и поперечными и к соответственно. (Это учитывает симметрию кристалла, которая делает все возможные направления k t эквивалентными.) Теперь тензор обратной эффективной массы сводится к двум компонентам: 1/ m l и 1/ m t , где м l и м t называются продольной эффективной массой и поперечной эффективной массой, соответственно.В этом случае уравнение для E ( k ) имеет вид:

(6,6) En (k) = Ec + ℏ22 (kl2ml + kt2mt).

Для Si: m l ∼ 0.98 m e и m t ∼ 0,189 m e , где m e — масса свободного электрона, так что эти два действительно эффективные массы совсем другие!

Для отверстий уравнение, подобное уравнению 6.5, записывается как:

(6.7) Ep (k) = Ev − ℏ2k22mp.

Уравнение 6.7 можно использовать для валентных зон в кубических полупроводниках. Здесь E v — энергия, соответствующая вершине валентной зоны, а m p называется эффективной массой отверстий .

Легирование

В чистом полупроводнике концентрация электронов в зоне проводимости и концентрация дырок в валентной зоне обычно очень малы по сравнению с количеством доступных энергетических состояний. Эти концентрации могут быть изменены на много порядков с помощью легирования , , что означает добавление к полупроводнику примесных атомов, которые могут «отдавать» электроны в зону проводимости (такие примеси называются донорами) или «принимать» электроны из валентной зоны, создавая дырки (такие примеси называются акцепторами).И доноры, и акцепторы называются легирующими добавками . У донорного атома больше электронов, доступных для связи с соседними атомами, чем требуется для атома в основном полупроводнике. Например, у атома кремния есть четыре электрона, доступных для связывания, и он образует четыре связи с четырьмя ближайшими атомами кремния. У атома фосфора есть пять электронов, доступных для связывания. Следовательно, когда атом фосфора заменяет атом кремния в кристалле кремния, он может связываться с четырьмя ближайшими соседями и «отдавать» один дополнительный электрон зоне проводимости.

У акцепторного атома меньше электронов, чем необходимо для химической связи с соседними атомами основного полупроводника. Например, у атома бора есть только три электрона, доступных для связи. Следовательно, когда атом бора заменяет атом кремния в кремнии, он «принимает» один недостающий электрон из валентной зоны, создавая дырку.

Полупроводник, легированный донорами, называется полупроводником типа n . Полупроводник, легированный акцепторами, называется полупроводником типа p .Часто, особенно при комнатной температуре или повышенных температурах, каждый донор в полупроводнике типа n поставляет один электрон в зону проводимости, и концентрация электронов n в зоне проводимости приблизительно равна концентрации донора N д . Аналогичным образом, при комнатной температуре или повышенных температурах каждый акцептор создает одну дырку в валентной зоне, а концентрация дырок, p , в валентной зоне полупроводника типа p приблизительно равна концентрации акцептора , N а . Если к полупроводнику добавляются и доноры, и акцепторы, они «компенсируют» друг друга, поскольку электроны, поступающие от доноров, занимают вакантные уровни в валентной зоне, созданной атомами акцептора. В этом случае полупроводник называется компенсированным . В компенсированном полупроводнике наибольшая концентрация примеси «выигрывает»: если N d > N a , компенсированный полупроводник относится к типу n- с эффективной концентрацией доноров, N deff = N d N a ; если N d a , компенсированный полупроводник будет типа p с эффективной концентрацией акцепторов, N aeff = N a N d .

Электропроводность — Полупроводники — Энергия, тип, столбец и электроны

Полупроводники — это материалы, в которых проводимость намного ниже, чем у металлов, и ее можно варьировать за счет управления их составом. Эти вещества теперь известны как плохие изоляторы, а не плохие проводники, с точки зрения их атомной структуры. Хотя некоторые полупроводниковые вещества были идентифицированы и изучены ко второй половине девятнадцатого века, их свойства не могли быть объяснены на основе классической физики .Только в середине двадцатого века, когда современные принципы квантовой механики были применены к анализу как металлов, так и полупроводников, теоретические расчеты значений проводимости согласились с результатами экспериментальных измерений.

В хорошем изоляторе электроны не могут двигаться, потому что почти все разрешенные орбитальные состояния заняты. Затем должна быть подана энергия, чтобы вывести электрон из крайнего связанного положения в более высокое разрешенное состояние. Это оставляет вакансию, в которую другой связанный электрон может запрыгнуть под действием электрического поля.Таким образом, как возбужденный электрон, так и его вакансия становятся подвижными. Вакансия действует как положительный заряд, называемый дыркой, и дрейфует в направлении, противоположном электронам. Электроны и дырки обычно называют носителями заряда.

В хороших изоляторах энергия активации носителей заряда высока, и для их доступности требуется соответственно высокая температура. В плохих изоляторах, то есть в полупроводниках, активация происходит при температурах умеренно выше 80,6 ° F (27 ° C). Каждое вещество имеет характерное значение.

Соединений, которые можно отнести к полупроводникам, намного больше, чем элементов. Некоторые элементы из столбца IV периодической таблицы имеют ковалентные связи: углерод, (C), германий (Ge) и кремний (Si). Что касается углерода, только графитовая форма является полупроводниковой; алмаз — отличный изолятор. Следующий элемент в этой колонке, олово (Sn), претерпевает переход из полупроводника в металл при 59 ° F (15 ° C), ниже комнатной температуры, что указывает на неприемлемо низкую энергию активации.Другие элементы, которые демонстрируют полупроводниковые свойства, находятся в нижней части столбца VI, в частности селен (Se) и теллур (Te).

Есть две основные группы соединений с полупроводниковыми свойствами, названные в честь столбцов периодической таблицы их составляющих: III-V, включая, среди прочего, арсенид галлия (GaAs) и антимонид индия (InSb); и II-VI, включая сульфид цинка (ZnS), селениды, теллуриды и некоторые оксиды. Во многих отношениях эти соединения имитируют поведение элементов IV столбца.Их химические связи бывают смешанными ковалентными и ионными. Есть также некоторые органические полупроводниковые соединения, но их анализ выходит за рамки данной статьи.

Полупроводник называется внутренним, если его проводимость является результатом равного вклада его собственных электронов и дырок. Затем уравнение необходимо расширить:

В собственном полупроводнике n e = n h , а e имеет одинаковое числовое значение для электрона (-) и оставшейся дырки (+).Подвижности обычно разные. Эти термины складываются, потому что противоположные заряды движутся в противоположных направлениях, что приводит к появлению пары одинаковых знаков в каждом продукте.

Для применения в устройствах полупроводники редко используются в чистом или собственном составе. В тщательно контролируемых условиях вводятся примеси, которые вносят либо избыток, либо недостаток электронов. Избыточные электроны нейтрализуют дырки, так что для проводимости доступны только электроны. Полученный материал называется n-типом, n — отрицательный носитель.Примером материала n-типа является Si с Sb, элементом IV столбца с примесью столбца V, известной как донор. В материале n-типа донорные атомы остаются фиксированными и положительно ионизированными. Когда примесь столбца III вводится в элемент столбца IV, электроны связываются и становятся доступными дырки. Этот материал называется p-типом, p для положительного носителя. Примеси колонки III известны как акцепторы; в материале акцепторные атомы остаются фиксированными и отрицательно ионизированными. Примером материала p-типа является Si с Ga.Полупроводники n-типа и p-типа называются внешними.

Тепловая кинетическая энергия — не единственный механизм высвобождения носителей заряда в полупроводниках. Фотоны с энергией, равной энергии активации, могут поглощаться связанным электроном, который в собственном полупроводнике добавляет себя и дырку в качестве мобильных носителей. Эти фотоны могут находиться в видимом диапазоне или в ближнем инфракрасном диапазоне, в зависимости от E G . В обычных полупроводниках фотоны с гораздо более низкими энергиями могут вносить вклад в пул преобладающего типа носителей, при условии, что материал охлаждается до криогенных температур, чтобы уменьшить популяцию термически активированных носителей.Такое поведение известно как фотопроводимость.

Каждый отдельный вид полупроводника является омическим, с постоянной проводимостью при постоянной температуре. Однако с повышением температуры проводимость увеличивается очень быстро. Концентрация доступных носителей меняется в соответствии с экспоненциальной функцией:

, где E G — зазор или энергия активации, k — постоянная Больцмана (1,38 × 10 23 джоулей / кельвин), T — абсолютная температура (кельвин), а произведение kT — соответствующая тепловая энергия до температуры Т.Увеличение доступных носителей заряда перекрывает любое снижение подвижности, и это приводит к отрицательному значению a. Действительно, уменьшение сопротивления с повышением температуры является надежным признаком того, что вещество является полупроводником, а не металлом. Графит — пример проводника, который во многих отношениях кажется металлическим, за исключением отрицательной АЛЬФА. Напротив, положительная АЛЬФА — не совсем точный тест на металлическую проводимость.

Уровень Ферми, E F , может отображаться по-разному для собственных полупроводников, полупроводников n-типа и p-типа.Однако для физически связанных материалов E F должен быть таким же для теплового равновесия. Это следствие законов термодинамики и сохранения энергии. Таким образом, поведение различных переходов, в которых внутренние уровни энергии сдвигаются, чтобы приспособиться к выравниванию уровня Ферми, чрезвычайно важно для полупроводниковых устройств.


Электропроводность в полупроводниках по подвижности электронов и дырок Калькулятор

Проводимость в полупроводниках по формуле подвижности электронов и дырок

проводимость = Концентрация электронов в зоне проводимости * [Charge-e] * Подвижность дырок + Концентрация электронов основных носителей * [Charge-e] * Подвижность электронов
σ = n * [Charge-e] * µ p + n 0 * [Charge-e] * µ n

Объясните проводимость в полупроводниках.

Полупроводники являются полухорошими электрическими проводниками, потому что, хотя их валентная зона полностью заполнена, энергетический зазор между валентной зоной и зоной проводимости не слишком велик. Следовательно, некоторые электроны могут соединить его, чтобы стать носителями заряда. Разница между полупроводниками и диэлектриком заключается в величине запрещенной зоны. Для полупроводников Eg 2эВ. Нам хорошо известно, что проводимость полупроводника зависит от концентрации в нем свободных электронов.

Как рассчитать проводимость полупроводников с точки зрения подвижности электронов и дырок?

Проводимость в полупроводниках с точки зрения подвижности электронов и дырок. В калькуляторе используется проводимость = Концентрация электронов в зоне проводимости * [Charge-e] * Подвижность дырок + Концентрация электронов основных носителей * [Charge-e] * Подвижность электронов с на вычислить проводимость, проводимость в полупроводниках с точки зрения подвижности электронов и дырок, электрон зоны проводимости и дырка валентной зоны участвуют в электропроводности.Электропроводность и обозначается символом σ .

Как рассчитать проводимость полупроводников с точки зрения подвижности электронов и дырок с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для расчета проводимости полупроводников с точки зрения подвижности электронов и дырок, введите Концентрация электронов в зоне проводимости (n) , Подвижность дырок p ) , Концентрация электронов основных носителей заряда ( n 0 ) и Мобильность электрона n ) и нажмите кнопку «Рассчитать».Вот как можно объяснить проводимость в полупроводниках с точки зрения подвижности электронов и дырок с заданными входными значениями -> 8.011E-10 = 5 * [Charge-e] * 20 + 50000000 * [Charge-e] * 100 .

Биполярная теплопроводность в полупроводниках с ограничением проводимости

  • Прайс, П. Амбиполярная термодиффузия электронов и дырок в полупроводниках. Филос. Mag. 46, 1252–1260 (1955).

    CAS Статья МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Давыдов, Б.& Шмушкевич Дж. Электропроводность полупроводников с ионной решеткой в ​​сильных полях. J. Phys. 3, 359 (1940).

    CAS Google ученый

  • Гольдсмид, Х. Теплопроводность теллурида висмута. Продолжить. Phys. Soc. П. В 69, 203 (1956).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Драббл, Дж. Р. и Голдсмид, Х. Дж. Теплопроводность в полупроводниках Пергамон Пресс: Оксфорд, 1961).

  • Берман Р. Теплопроводность в твердых телах. Кларендон Пресс: Оксфорд, 1976).

  • Слак, Г. А. и Глассбреннер, К. Теплопроводность германия от 3 ° К до 1020 ° К. Phys. Ред. 120, 782 (1960).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Глассбреннер, К. и Слэк, Г. А. Теплопроводность кремния и германия от 3 К до точки плавления. Phys. Ред. 134, A1058 (1964).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Галло, К., Миллер, Р., Саттер, П., Уре-младший, Р. Биполярная электронная теплопроводность в полуметаллах. J. Appl. Phys. 33, 3144–3145 (1962).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Uher, C. & Goldsmid, H. Разделение электронной и решеточной теплопроводности в кристаллах висмута. физ.стат. твердый. (b) 65, 765–772 (1974).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Магомедов, А.-М. & Пашаев, Б. Теплопроводность сплавов системы висмут-сурьма в твердом и жидком состояниях. Сов. Phys. J. 15, 287–290 (1972).

    Артикул Google ученый

  • Абелес Б. Теплопроводность германия в интервале температур 300–1080 К.J. Phys. Chem. Solids 8, 340–343 (1959).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Kettel, F. Die Wärmeleitfähigkeit von Germanium bei hohen temperaturen. J. Phys. Chem. Solids 10, 52–58 (1959).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Bowers, R., Ure Jr, R., Bauerle, J. & Cornish, A. InAs и InSb в качестве термоэлектрических материалов. Дж.Прил. Phys. 30, 930–934 (1959).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Лю Р. и др. p-Тип скуттерудиты RxMyFe3CoSb12 (R, M = Ba, Ce, Nd и Yb): эффективность двойного заполнения для снижения теплопроводности решетки. Интерметаллиды 19, 1747–1751 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • Cho, J. Y. et al. Термоэлектрические свойства скуттерудитов p-типа YbxFe3.5Ni0,5Sb12 (0,8 & lt; x & lt; 1). Acta Mater. 60, 2104–2110 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • Rogl, G. et al. Термоэлектрические свойства скуттерудитов на основе дидима (DD) p-типа DDy (Fe1-xNix) 4Sb12 (0,13 & lt; x & lt; 0,25, 0,46 & lt; y & lt; 0,68). J. Alloy. Compd. 2012. Т. 537. С. 242–249.

    CAS Статья Google ученый

  • Лю Р., Qiu, P., Chen, X., Huang, X. & Chen, L. Оптимизация состава скуттерудитов p-типа CeyFexCo4 − xSb12 и YbyFexCo4 − xSb12. J. Mater. Res. 26, 1813–1819 (2011).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Qiu, P. et al. Влияние легирования оловом на электрические и теплопередающие свойства скуттерудитов p-типа , наполненных церием. J. Alloy. Compd. 509, 1101–1105 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • Ши, Х.и другие. Многонаполненные скуттерудиты: высокая термоэлектрическая добротность за счет раздельной оптимизации электрического и теплового переноса. Варенье. Chem. Soc. 133, 7837–7846 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • Ballikaya, S., Uzar, N., Yildirim, S., Salvador, J. R. & Uher, C. Высокие термоэлектрические характеристики соединений скуттерудита на основе In, Yb, Ce с множеством наполнителей на основе CoSb3. J. Solid State Chem. 193, 31–35 (2012).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Xiong, Z., Chen, X., Huang, X., Bai, S. & Chen, L. Высокие термоэлектрические характеристики нанокомпозитов Yb0.26Co4Sb12 / yGaSb, возникающих за счет рассеяния электронов низкой энергии. Acta. Матер. 58, 3995–4002 (2010).

    CAS Статья Google ученый

  • Bai, S. et al. Повышенные термоэлектрические характеристики двухэлементных скуттерудитов BaxCeyCo4Sb12.Acta. Матер. 57, 3135–3139 (2009).

    CAS Статья Google ученый

  • Zhao, X. et al. Синтез и термоэлектрические свойства Sr-наполненного скуттерудита SryCo4Sb12. J. Appl. Phys. 99, 053711-053711-053714 (2006).

  • Chen, L. et al. Аномальная фракция заполнения барием и термоэлектрические характеристики n-типа BayCo4Sb12. J. Appl. Phys. 90, 1864–1868 (2001).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Li, H., Tang, X., Zhang, Q. & Uher, C. Высокоэффективные термоэлектрические материалы InxCeyCo4Sb12 с in situ , образующими наноструктурированную фазу InSb. Прил. Phys. Lett. 94, 102114 (2009).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Shi, X. et al. Низкая теплопроводность и высокая термоэлектрическая эффективность в двухнаполненных скуттерудитах типа n BaxYbyCo4Sb12. Прил. Phys. Lett. 92, 182101 (2008).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Дайк, Дж.S. et al. Термоэлектрические свойства n-типа заполненного скуттерудита Ba0.3Co4Sb12, легированного Ni. J. Appl. Phys. 91, 3698–3705 (2002).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Singh, D. J. & Du, M.-H. Свойства щелочноземельных антимонидов скуттерудита: A (FeNi) 4Sb12 (A = Ca, Sr и Ba). Phys. Ред. B 82, 075115 (2010).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Ян Дж., Wang, S., Yang, J., Zhang, W. & Chen, L. Электронный и фононный транспорт в скуттерудитах n- и p-типа. в MRS Proceed. 1490, 9–18 (Cambridge Univ Press) (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • Иоффе А. Теплообмен в полупроводниках. Жестяная банка. J. Phys. 34, 1342–1355 (1956).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Шанкс, Х., Мэйкок, П., Сайдлс, П.& Danielson, G. Теплопроводность кремния от 300 до 1400 K. Phys. Ред. 130, 1743 (1963).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Дисмукес, Дж., Экстром, Л., Штайгмайер, Э., Кудман, И. и Бирс, Д. Тепловые и электрические свойства сильно легированных сплавов Ge-Si при температурах до 1300 ° K. J. Appl. Phys. 35, 2899–2907 (1964).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Никитин, Е., Тамарин, П., Тарасов, В. Тепловые и электрические свойства моносилицида кобальта между 4,2 и 1600 К. Сов. Phys. Твердый. Стат. 11, 2002–2004 (1970).

    Google ученый

  • Мартин, Дж. Теплопроводность Mg2Si, Mg2Ge и Mg2Sn. J. Phys. Chem. Solids 33, 1139–1148 (1972).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Ельгель, О. К. и Шривастава, Г.Термоэлектрические свойства монокристаллов Bi2 (Te0.85Se0.15) 3 n-типа n, легированных CuBr и SbI3. Phys. Ред. B 85, ​​125207 (2012).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Jiang, J., Chen, L., Bai, S., Yao, Q. & Wang, Q. Термоэлектрические свойства текстурированного p-типа (Bi, Sb) 2Te3, полученного методом искрового плазменного спекания. Скрипт. Матер. 52, 347–351 (2005).

    CAS Статья Google ученый

  • Ван, С.и другие. Повышенные термоэлектрические свойства соединений на основе Bi2 (Te1 − xSex) 3 в качестве ветвей n-типа для низкотемпературной выработки электроэнергии. J. Mater. Chem. 22, 20943–20951 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • Puneet, P. et al. Преимущественное рассеяние на межфазных заряженных дефектах для улучшения термоэлектрических характеристик в многослойном n-типе Bi2Te3. Sci. Rep.3, 3212; 10.1038 / srep03212 (2013).

    Артикул PubMed PubMed Central Google ученый

  • Wang, S. et al. Анизотропное многоцентровое соединение и высокие термоэлектрические характеристики в CdSb с низким содержанием электронов. Chem. Матер. 27. С. 1071–1081 (2015).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Кингери, В. Д. Введение в керамику. John Wiley & Sons: Нью-Йорк, 1960).

  • Кривошип, Дж.Математика диффузии. Кларендон Пресс: Оксфорд, 1975).

  • Фистул В.И. Сильнолегированные полупроводники. Пленум Пресс: Нью-Йорк, 1969).

  • Иоффе А.Ф. Физика полупроводников Академик Пресс: Нью-Йорк, 1960).

  • Голдсмид, Х. Дж. Электронное охлаждение. Пион Лимитед: Лондон, 1986).

  • Голдсмид, Х. и Шарп, Дж. Оценка ширины запрещенной зоны полупроводника на основе измерений Зеебека. Дж.Электрон. Матер. 28, 869–872 (1999).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Блейкмор, Дж. С. Полупроводниковая статистика. (Нью-Йорк: Courier Dover Publications, 2002).

  • Кайлат Т., Борщевский А. и Флериал Дж. П. Свойства монокристаллического полупроводника CoSb3. J. Appl. Phys. 80, 4442–4449 (1996).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Ян Дж., Мейснер, Г., Морелли, Д. и Ухер, С. Валентность железа в скуттерудитах: транспортные и магнитные свойства Co1-xFexSb3. Phys. Ред. B 63, 014410 (2000).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Zhou, C., Morelli, D., Zhou, X., Wang, G. & Uher, C. Термоэлектрические свойства P-типа Yb-наполненный скуттерудит YbxFeyCo4-ySb12. Интерметаллиды 19, 1390–1393 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • Ян К.и другие. Синтез и термоэлектрические свойства двухзаполненных скуттерудитов CeyYb0.5-yFe1.5Co2.5Sb12. J. Alloy. Compd. 467. С. 528–532 (2009).

    CAS Статья Google ученый

  • Leszczynski, J. et al. Электронная зонная структура, магнитные, транспортные и термодинамические свойства заполненных In скуттерудитов InxCo4Sb12. J. Phys. D Прил. Phys. 46, 495106 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • Сальвадор, Дж., Янг, Дж., Ван, Х., Ши, X. Двойные скуттерудиты типа YbxCayCo4Sb12: синтез и свойства. J. Appl. Phys. 107, 043705 (2010).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Pei, Y. et al. Улучшение термоэлектрических характеристик каркасных соединений за счет наполнения световыми элементами. Прил. Phys. Lett. 95, 042101 (2009).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Пей, Ю., Чен, Л., Бай, С., Чжао, X. и Ли, X. Влияние замещения Pd на термоэлектрические свойства Ba0.3PdxCo4-xSb12. Скрипт. Матер. 56, 621–624 (2007).

    CAS Статья Google ученый

  • Zhao, W. et al. Улучшенные термоэлектрические характеристики в объемных материалах скуттерудита с двойным заполнением барием и индием за счет орбитальной гибридизации, индуцированной индиевым наполнителем. Варенье. Chem. Soc. 131, 3713–3720 (2009).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Ян Дж.и другие. Низкотемпературные транспортные и структурные свойства мишметалловых скуттерудитов. J. Appl. Phys. 102, 083702 (2007).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Кузнецов В., Кузнецова Л., Роу Д. Влияние частичного заполнения пустот на транспортные свойства скуттерудитов NdxCo4Sb12. J. Phys. Конденс. Мат. 15. С. 5035–5048 (2003).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Нолас, Г., Кон, Дж. И Слак, Г. Влияние частичного заполнения пустот на решеточную теплопроводность скуттерудитов. Phys. Ред. В 58, 164 (1998).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Морелли, Д. Т., Мейснер, Г. П., Чен, Б., Ху, С. и Ухер, К. Заполнение церием и легирование триантимонида кобальта. Phys. Ред. B 56, 7376 (1997).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Slack, G.А. и Хусейн М. А. Максимально возможная эффективность преобразования кремний-германиевых термоэлектрических генераторов. J. Appl. Phys. 70, 2694–2718 (1991).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Xie, W. et al. Выявление конкретных наноструктур, ответственных за высокие термоэлектрические характеристики нанокомпозитов (Bi, Sb) 2Te3. Nano Lett. 2010. Т. 10. С. 3283–3289.

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Снайдер, Г.Дж. И Тоберер Э. С. Сложные термоэлектрические материалы. Nat. Матер. 7. С. 105–114 (2008).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Dresselhaus, M. S. et al. Новые направления низкоразмерных термоэлектрических материалов. Adv. Матер. 19, 1043–1053 (2007).

    CAS Статья Google ученый

  • Янг, Дж., Ип, Х. Л. и Джен, А. К. Я. Рациональный дизайн современных термоэлектрических материалов.Adv. Energy Mater. 3, 549–565 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • Минних А., Дрессельхаус М., Рен З. и Чен Г. Объемные наноструктурированные термоэлектрические материалы: текущие исследования и перспективы на будущее. Energy Environ. Sci. 2, 466–479 (2009).

    CAS Статья Google ученый

  • Yang, J. et al. Тенденции электрического транспорта p-типа скуттерудитов RFe4Sb12 (R = Na, K, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Yb) на основе расчетов из первых принципов и теории переноса Больцмана.Phys. Ред. B 84, 235205 (2011).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Софо Дж. И Махан Г. Электронная структура CoSb3: узкозонный полупроводник. Phys. Ред. B 58, 15620 (1998).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Wang, S., Li, H., Lu, R., Zheng, G. & Tang, X. Украшенные металлические наночастицы Материалы на основе Bi2Te3 n-типа с улучшенными термоэлектрическими характеристиками.Нанотехнологии 24, 285702 (2013).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • Wang, S., Xie, W., Li, H. & Tang, X. Улучшенные характеристики формованного из расплава Bi2 (Te, Se) 3 для термоэлектрических ветвей n-типа. Интерметаллиды 19, 1024–1031 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • Wang, S., Xie, W., Li, H. & Tang, X. Высокопроизводительный n-тип (Bi, Sb) 2 (Te, Se) 3 для низкотемпературного термоэлектрического генератора.J. Phys. D Прил. Phys. 43, 335404 (2010).

    Артикул CAS Google ученый

  • Poudel, B. et al. Высокие термоэлектрические характеристики массивных сплавов наноструктурированного теллурида сурьмы висмута. Science 320, 634–638 (2008).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

  • Bahk, J.-H. И Шакури, А. Повышение термоэлектрической добротности за счет уменьшения биполярной теплопроводности с помощью гетероструктурных барьеров.Прил. Phys. Lett. 105, 052106 (2014).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Чжан, Ю., Ке, X., Чен, К., Янг, Дж. И Кент, П. Р. Модуляция полосы, вызванная нанодопантом, в термоэлектриках AgPbmSbTe2 + m-типа. Phys. Rev. Lett. 106, 206601 (2011).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый

  • Perdew, J. P., Burke, K. & Ernzerhof, M.Обобщенное приближение градиента стало проще. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Blöchl, P.E. Метод расширенных волн для проектора. Phys. Ред. B 50, 17953 (1994).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Кресс, Г. и Жубер, Д. От ультрамягких псевдопотенциалов до метода расширенных волн проектора.Phys. Ред. B 59, 1758 (1999).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Кресс, Г. и Фуртмюллер, Дж. Эффективные итерационные схемы для ab initio расчетов полной энергии с использованием базисного набора плоских волн. Phys. Ред. B 54, 11169 (1996).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Yang, J. et al. Оценка соединений полугейслера как термоэлектрических материалов на основе расчетных свойств электротранспорта.Adv. Funct. Матер. 18, 2880–2888 (2008).

    CAS Статья Google ученый

  • Собственная проводимость полупроводников. Примесная проводимость полупроводников. Акцепторная и донорная примесь. Электронный полупроводник и примесный донор (отдающий электрон). Акцепторные уровни. Уровни доноров. Температурная зависимость логарифма проводимости арсенида галлия

    § 3 Собственная проводимость полупроводников

    • Внутренняя структура полупроводников.

    К полупроводникам относится большое количество веществ, которые по своим электрическим свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Для полупроводников ( j = 1 2 ¸10 8 См / м; j — удельная электропроводность). Для j = 1 4 ÷ 10 3 См / м жилы; для диэлектриков j <10 -12 См / м.Важнейшим свойством и признаком полупроводников является зависимость их электрических свойств от внешних условий , , и т.д. Отличительной особенностью полупроводников является снижение их удельного сопротивления с увеличением температуры. Для полупроводников характерна кристаллическая структура с ковалентной связью между атомами.

    • Собственная проводимость полупроводников.

    Под действием внешних факторов некоторые валентные электроны атомов получают энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей.

    Выход из ковалентной связи электрона на энергетической диаграмме соответствует переходу из валентной зоны в зону проводимости. При освобождении электрона от ковалентной связи в последней возникает как бы свободное место, обладающее положительным зарядом элемента, равным по абсолютной величине величине заряду электрона. Такое место, выделяющееся в электронной связи, условно обозначили как электронная дырка, и процесс образования пары получил название генерация зарядов .Электронная дырка, обладая плюс заряд, связывает себе электрон очередной заполненной ковалентной связи. В результате одно сообщение (этот процесс называется как рекомбинация ) восстанавливается , а следующий рушится. Тогда можно говорить о путешествии положительного заряда — электронных дырок по кристаллу. Если на кристалл действует электрическое поле, движение электронов и электронных дырок становится упорядоченным и в кристалле возникает электрический ток.При этом термин дырочная проводимость означает проводимость p-типа (положительная — плюс) и электронная проводимость n-типа (отрицательная — минус).

    В химически чистом кристалле полупроводник (количество примесей 10 16 -3 ), количество электронных дефектов всегда равно количеству свободных электронов и электрический ток в нем образуется в результате одновременного переноса заряда оба знака. Такая электронно-дырочная проводимость называется как естественная проводимость полупроводника.

    j = j n + j p

    Дж — плотность тока электронов (n) и электронных дырок ()

    В собственном полупроводнике уровень Ферми находится в середине запрещенной зоны. Поскольку энергия активации , равная ширине запрещенной зоны, идет на перенос электрона с верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень зоны проводимости и одновременно на появление электронной дырки в валентной зоне.Т.е. энергия, затраченная на образование пары носителей тока, делится на две равные части, и при этом ориентир для каждого из этих процессов (переход электрона в рождение электронной дырки) должен находиться в середине запрещенной зоны.

    Количество электронов, перешедших в зону проводимости, и количество образовавшихся электронных дырок ~

    N ( e ) »e Δ E / 2 k T

    Таким образом, удельная проводимость соответствующих полупроводников

    j = j e Δ E / 2 k T

    j — стационарная величина, определяющая вид вещества.

    Т.е. с увеличением увеличивается j , так как с точки зрения зонной теории увеличивается число электронов, которое в результате передачи теплового возбуждения в зоне проводимости.

    ln j = ln j –Δ E /2 k T . Т.е. ln j ~ 1/ T

    По склонению линии ln j можно обнаружить ширину запрещенной полосы D E .

    § 4 Примесная проводимость полупроводников.

    В полупроводниках, содержащих примесь, электропроводность состоит из собственной примеси и примеси .

    Проводимость , обусловленная присутствием в кристалле полупроводника примесей от атомов с другой валентностью , обозначается как примесь .Примеси, вызывающие в полупроводнике увеличение свободных электронов, именуются донорными, и вызывающие увеличение электронных дырок — акцепторами .

    Различная активность примесных атомов объясняется следующим образом. Мы предположим, что в кристалле германия (Ge 4+ ), атомы которого имеют 4 валентных электрона, мы войдем в пятивалентный мышьяк As 5+ .В этом случае атомы мышьяка захватывают 4-й из пяти валентных электронов. 5-й валентный электрон мышьяка окажется несвязанным, т.е. свободен электромагнитный полупроводник, электропроводность которого повысилась благодаря образованию избытка свободных электронов при введении примеси, называемые полупроводниками с электропроводностью ( электронных полупроводников), и примесным донором. (отдавая электрон).


    Введение в 4-валентный полупроводник 3-валентных устройств, например (В 3+ ) индий также дает, наоборот, избыток электронных дырок, называемых f ree электронов. В этом случае ковалентные связи не будут полностью завершены, и образовавшиеся электронные дефекты могут перемещаться по кристаллу, создавая дырочную проводимость. Полупроводники, электропроводность которых обусловлена ​​в сердцевине движением электронных дырок, полупроводник с дырочной проводимостью или полупроводник p-типа, а примесь — , акцептор ( захватывает электрон из ковалентной связи или из валентная зона) называется. Уровни энергии этих примесей называются , а акцепторные уровни — расположены над валентной зоной.

    Энергетические уровни донорных примесей называются донорными уровнями — расположены под нижним уровнем зоны проводимости.


    В примесных полупроводниках носители заряда встречаются с сердечниками (электроны в проводнике типа n ) и без сердечников (электронные дырки в электронном полупроводнике, электроны в полупроводнике типа p ).

    Наличие примесных уровней в полупроводниках существенно меняет состояние уровня Ферми F .В электронном полупроводнике при = 0 K F он расположен посередине между дном зоны проводимости и донорным уровнем. С увеличением все большее число электронов переходит с донорного уровня в зону проводимости, но из-за теплового возбуждения часть электронов из валентной зоны переходит в зону проводимости.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    2021 © Все права защищены.