Собственная проводимость

Наведіть визначення основних фізичних величин та технічних параметрів, які пов’язані з електропровідністю напівпровідників (швидкість дрейфу електронів, рухливість, енергія активації, рівень Фермі).

Дрейфовая скорость — средняя скорость упорядоченного движения V, вызванная воздействием на электроны с помощью внешнего поля. В отсутствие внешнего электрического поля электроны в кристалле совершают только тепловое движение. Поэтому нет преимущественных направлений движения, и поэтому среднее значение тепловой скорости равно нулю.

В кремнии максимальное значениедрейфовой скорости vmax = 8,5.106 см/с.

Подвижность носителей заряда — коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей и приложенным внешним электрическим полем. Определяет способность электронов и дырок в металлах и полупроводниках реагировать на внешнее воздействие.

Размерность подвижности м2/(В·с) или см2/(В·с). Фактически подвижность численно равна скорости носителей заряда при напряженности электрического поля в 1 В/м.

Подвижность электронов зависит от свойств кристаллической решетки, наличия примесей и температуры. При комнатной температуре подвижность электронов в германии, как показывают измерения, равна 3900 см2/(В.с), а в кремнии — 1350 см2/(В.с). С ростом температуры вследствие усиления тепловых колебаний решетки подвижность электронов уменьшается. Примеси не оказывают существенного влияния на величину подвижности при невысоких концентрациях (до 1015-1016 см-3). При более высоких концентрациях подвижность носителей заряда начинает снижаться вследствие рассеяния электронов на ионах примеси. При слабых полях (до 100 В/см в германии) подвижность не зависит от напряженности электрического поля. При значительном увеличении напряженности поля и соответственно дрейфовой скорости электронов эффективность их взаимодействия с решеткой возрастает, электроны теряют во время столкновений относительно большую энергию и их подвижность начинает снижаться. В германии при напряженности поля порядка 8 кВ/см подвижность уменьшается пропорционально 1/E и с повышением напряженности поля дрейфовая скорость электронов более не возрастает, достигнув максимального значения vmax = 6.106 см/с. При напряженности поля порядка 100 кВ/см возникает лавинная ионизация атомов решетки, число носителей заряда и ток резко возрастают, наступает пробой полупроводника.

Подвижность дырок, по данным измерений, значительно ниже подвижности электронов. С ростом температуры подвижность дырок снижается несколько быстрее, чем подвижность электронов.

Энергия активации - минимальное количество энергии, которое должны получить электроны донорной примеси, для того чтобы попасть в зону проводимости.

Уровень Ферми – энергетический уровень, вероятность занятия которого равна ½.

2. Чим відрізняються напівпровідникові матеріали від провідникових та електроізоляційних? (питомий опір, температурний коефіцієнт опору, характер реакції на зовнішній вплив)

	Н/п	ме	д/е
Питомий опір	по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения.	Високий	низький
Температурний коефіцієнт опору (величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи илиудельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу.)	Для полупроводников без примесей он отрицателен (сопротивление с ростом температуры падает), поскольку при повышении температуры всё большее число электронов переходит в зону проводимости, соответственно увеличивается и концентрация дырок. Качественно такой же характер (и по тем же причинам) имеет температурная зависимость сопротивления твёрдых и неполярных жидких диэлектриков. Полярные жидкости уменьшают своё удельное сопротивление с ростом температуры более резко вследствие роста степенидиссоциации и уменьшения вязкости.	Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен: их сопротивление растёт с ростом температуры вследствие рассеяния электронов на фононах(тепловых колебаниях кристаллической решётки).
Характер реакції на зовн. вплив	· Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи абсолютного нуля температуры полупроводники имеют свойства изоляторов	· проводимость падает как 1/Т из-за рассеяния нос.заряда на тепловых колеб.крист.реш. · свободные электроны -> практически полное эл.м. волн от поверхности · выс. теплопроводность за счет участия в переносе теплоты газа свободных электронов · пластичные и упругие материалы · кристаллизация в простые плотно упакованные структуры	· Поляризуются · проводимость растет с температурой по експоненциальному закону · эл.м. волны (опт. диапазона) легко проникают в д/е · оптически прозрачны (окраска и непрозрачность некоторых из них объясняется наличием поглощ. свет примесей. или рассеянием света на неоднородностях структуры) · теплота распространяется за счет фононов · хрупкие и твердые материалы

3. За якими ознаками проводиться класифікація напівпровідникових матеріалів? (власні та домішкові, іонні та ковалентні)

Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».