Чистые полупроводники

Физические основы полупроводниковой техники

План изложения материала

1.Физические основы работы полупроводников.

2.Полупроводниковые резисторы

3. Полупроводниковые диоды.

4 Биполярные транзисторы..

5 Полевые транзисторы..

6.Тиристоры.

7.Интегральные микросхемы.

Твердые вещества, по их способности проводить электрический ток делятся на три группы: проводники, диэлектрики, полупроводники.

В основе промышленной электроники лежит применение полупроводниковых приборов. Это значит, что необходимо рассмотреть электрические свойства полупроводников. Что такое полупроводник? Это вещество, имеющее удельное омическое сопротивление в пределах 10^-3-10^-4ОМ. Полупроводники занимают по электропроводности промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Это обусловлено различием в энергетических спектрах этих материалов. Энергетические диаграммы:

-С

ΔẀ

+В

Рис. 1.1 Енергетическая диаграмма

В - валентная зона, все уровни которой при t = абс нулю заполнены электронами.

С - зона свободных электронов уровни, на которых возможен переход электронов при возбуждении атомов (зона проводимости).

З - запрещенная зона, энергетические уровни, в которых отсутствуют. Наличие этой зоны означает, что для перехода электрона в зону проводимости необходимо сообщить энергию большую, чем ΔW.

Из физики известно, что связь атомов, при которой каждый из них остается нейтральным наз. ковалентной (валентной). Нарушение валентных связей приводит к образованию свободных электронов и пустых мест–дырок. Из-за относительно узких запрещенных зон в полупроводниках некоторые электроны могут получить энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны и перейти в зону проводимости. При уходе электрона в валентной зоне остается незаполненный энергетический уровень-дырка. Такая электропроводность полупроводников, связанная с нарушением валентних свіязей называется их собственной проводимостью

Понятие дырка с точки зрения зонной теории. Если приложить к полупроводнику напряжение, то при наличии электрического поля в движение приходят не только свободные электроны зоны проводимости, но и электроны валентной зоны. Оказывается, что движение этой огромной массы электронов валентной зоны с самыми различными эффективными массами эквивалентно движению ограниченного количества (по количеству незаполненных уровней) квазичастиц с положительным зарядом, которые и были названы дырками.

В кристалле полупроводника появляется свободный электрон, который перемещается по кристаллу и дырка - узла, лишенная одного из электронов связи. Восстановление связи возможно за счет электронов из соседней связи. Процесс восстановления связи за счет перемещения электронов, т.е. процесс в валентной зоне удобно представить в виде направленного движения дырок (+) В кристалле происходит перемещение, как электронов, так и дырок. Этот процесс образования пары (электрон-дырка) в валентной зоне называется генерацией собственных носителей зарядов. Протекает еще один процесс – рекомбинация, т.е. встреча дырок и свободных электронов, сопровождается возвратом электронов из зоны проводимости в зону валентную. Этот процесс происходит на дефектах кристаллической решетки- центры рекомбинации.

Однако на практике чистые проводники в промышленности не применяются. В чистые проводники вводятся примеси. Введение примесей приводит к появлению так называемой примесной проводи мости. Примеси, которые отдают свои электроны в зону проводимости основного полупроводника, называются донорами. Таким образом, при помощи доноров создаются полупроводники, в которых основними носителями зарядов служат электроны, проводимость называться электронной (типа П). Примеси, способные принимать на свои уровни валентности электроны, называются акцепторные Аналогично при помощи акцепторов создаются полупроводники, в которыхв которых основними носителями зарядов являються дырки.. Такая проводимость будет называться дырочной (типа Р). Следует ввести понятие – основные и не основные носители зарядов. В проводимости типа-Р основными носителями будут – дырки, а не основными –электроны. При проводимости типа-П основными носителями будут электроны, а не основными –дырки.

Классификация силовых полупроводниковых элементов представлена на рис.1.2

Рис. 1.2. Классификая силових полупроводниковых элементов

Дата добавления: 2015-05-06