Электрические явления и основные характеристики полупроводниковых материалов

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Полупроводниковые материалы.

ЛЕКЦИЯ 16.

К полупроводникам относятся вещества, занимающие по величине удельной электрической проводимости промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Их удельная электрическая проводимость лежит в пределах от 10^-8 до 10⁵ ом/м и в отличие от металлов она возрастает с ростом температуры. (Удельные электриче­ские сопротивления 10^-2—10'° ом • см.).

Полупроводники представляют собой достаточно многочисленную группу веществ. К ним относятся химические элементы: германий, кремний, бор, углерод, фосфор, сера, мышьяк, селен, серое олово, теллур, йод, некоторые химические соединения и многие органические вещества.

В электронике находят применение ограниченное количество полупроводниковых материалов. Это прежде всего кремний, германий, и арсенид галлия. Ряд веществ, таких как бор, мышьяк, фосфор используются как примеси.

Применяемые в электронике полупроводники имеют весьма совершенную кристаллическую структуру. Их атомы размещены в пространстве в строго периодической последовательности на постоянных расстояниях друг от друга, образуя кристаллическую решетку. Решетка наиболее распространенных в электронике полупроводников - германия и кремния - имеет структуру алмазного типа. В такой решетке каждый атом вещества окружен четырьмя такими же атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдр.

Каждый атом, находящийся в кристаллической решетке, электрически нейтрален. Силы, удерживающие атомы в узлах решетки, имеют квантово-механический характер; они возникают за счет обмена взаимодействующих атомов валентными электронами. Подобная связь атомов носит название ковалентной связи, для ее создания необходима пара электронов.

Электрический ток в полупроводниках обусловлен движением сравнительно небольшого количества электронов. Эта ха­рактерная особенность полупроводников объясняется тем, что валентные электроны атомов, из которых состоят полупровод­ники, прочно связаны со своими атомами и не могут двигаться, т. е. не являются свободными. Отрыв их от атомов:может про­изойти в результате нагревания полупроводников внешним источ­ником тепла, а для некоторых полупроводников освещением их. Это увеличивает энергию электронов, в результате чего электро­ны переводятся в более высокое энергетическое состояние, кото­рое позволяет им отрываться от атомов и перемещаться под дей­ствием приложенного напряжения. Чем выше температура про­водника, тем более высокие энергетические состояния приобре­тают электроны и тем большее количество их освобождается.

В отличие от металлов полупроводники имеют в большом интервале температур отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления, т.е. положительный температурный коэффициент удельной проводимости. Для них характерна сильная зависимость значения уд. проводимости от вида и количества содержащихся в них примесей.

Полупроводники чувствительны к различного рода внешним воздействиям - свету, облучению ядерными частицами, Эл. и магнитному полям, давлению и т.д.

Специфичность свойств полупроводниковых материалов обусловила широкое техническое применение их для различных приборов - п/п диодов, транзисторов, тиристоров, фотодиодов, фототранзисторов, светодиодов, п/п- вых лазеров, а также датчиков давлений, температур, излучений и др. Использование п/п – ков вызвало коренные преобразования в радиотехнике, кибернетике, автоматике, телемеханике. Полупроводниковая электроника открыла новые пути микроминитюаризации электронного оборудования.

Дата добавления: 2014-01-04