Общие сведения о полупроводниках

Тема3: Полупроводники.

Объемные дефекты

К классу полупроводников относят большую группу твердых тел, удельная проводимость которых при комнатной температуре меняеется в широих пределах, то есть 10 – 10 Ом/см. Характерной особенностью полупроводников является увеличение их электрической проводимости с ростом температуры,а у металлов наоборот – с ростом температуры возрастает электрическая проводимость. Возможность изменять электропроводность полупроводников под воздействием различных факторов (температуры облучения, излучения), проводимостью полупроводника можно управлять путем контролируемого введения неезначительного количества примесных факторов.

Согласно квантово – механическим представителям в твердом теле, как и в отдельном атоме, электроны не могут иметь произвольную энергию. Элекктрон в атоме может иметь строго определенное значение энергии, причем атомы различных элементов отличаются своими системами энергетических уровней. Энергия, как в атоме, так и в твердом теле нее может быть бесконечной. В твердом теле, в частности, в полупроводнике, вследствие взаимодействия соседних атомов энергетические уровни расширяются, в результате возниккают области или зоны разделенных значений энергии, между которыми находятся запрещенные зоны. Если кристаллы являются оп…, то есть не содержит нарушений периодической решетки, то электроны не могут иметь в таком кристалле энергию, соответствующую энергии запрещенной зоны, то есть в твердом теле имеются разрешенные зоны и запрещенная зона энергии.

В полупроводнике ширина запрещенной зоны может быть различной.

Определим положение E_f

Концентрация n = p равны n = p = n_i; если вместо n и p подставим соответствующие соотношения. Решим полученное уравнеение относительно положения уровня E_f:

Если подставить сюда значение N_c и N_v (эффективные плотности квантовых состояний), то ураввнение для уровня Ферми:

В собственном полупроводнике, уровень Ферми располагается вблизи середины запрещенной зоны, он можеет смещатся от середины, смещение зависит от отношения эффективных масс электронов и дырок.

Для кремния:

- это слабое смещение к свободной зоне, кремний имеет слабо выраженную электропроводность n – типа.

Закон действующих масс.

В полупроводниках всегда присутствуют носители двух знаков (электроны и дырки). Если известно положение уровня Ферми, произведение концентрации электронов и дырок, одновременно содержится в полупроводнике, определяется следующим соотношением:

DE-ширина запрещенной зоны

Из соотношения: определяется n-p только шириной запрещенной зоны и температурой,не зависит от положения уровня Ферми. На полупроводники не накладывали никаких ограничений, значит, это соотношение будет справедливо и для собственных полупроводников. Тогда np=n_i² Þ

(*)

(*)-закон действующих масс для невырож-х полупроводников.

Из (*) следует важный вывод:

Произведение концентраций основных и неосновных носителей заряда в невырожденном полупроводнике при фиксируемой температуре являюся постоянной величиной,которая не зависит от концентрации введенных примесей и равна квадрату абсолютной концентрации при тойже температуре.

n_i-постоянная величина для данного полупроводника при фиксированной температуре(заданы DE и T).

Вырожденные полупроводники сильно легированные(уровень Ферми- в с- или v- зоне, не выполняется Е>>ЕF).

Если увеличим концентрацию е (примесь), тогда уровень Ферми смещается к зоне проводимости (с-зоне) (п/п n-типа)

E_c

Для n

Для p

E_v

Пока не ЕF пересечет с и v-зону, п/п невырожденный п/п.

Вырожденные п/п, используются для создания туннельных диодов (у которого S-образная ВАХ)

Любой п/п прибор- отклонения от термодинамического равновесия.

Дата добавления: 2014-01-06