КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Основные характеристики и свойства полупроводниковых материалов
Основные и неосновные носители заряда. Носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике больше, называют основными, а носители, концентрация которых меньше, - не основными. Так, в полупроводнике n-типа электроны - основные носители, дырки - не основные. В полупроводнике p-типа: дырки - основные, электроны - неосновные. При изменении концентрации примесей в полупроводнике изменяется положение уровня Ферми и концентрация носителей заряда обоих знаков - электронов и дырок. Каждый полупроводниковый материал, как это выяснено выше, обладает электронной и дырочной электропроводностями. Под действием приложенного электрического напряжения свободные электроны движутся от отрицательного полюса к положительному, а дырки возникают в направлении, противоположном движению электронов. Свойства полупроводников характеризуются следующими параметрами: - ширина запрещённой зоны; - концентрация носителей тока; - удельное электрическое сопротивление; - температурный коэффициент уд. сопротивления; - подвижность носителей; - время жизни неосновных носителей; - фотопроводимость; - люминесценция; - термоэлектрические явления; и др.
Ширина запрещённой зоны.
Ширина запрещённой зоны у моноатомных полупроводников тем больше, чем меньше период или число оболочек в атоме, т.е. чем сильнее электроны связаны с ядром. Поэтому можно считать, что она зависит в основном от природы химической связи в твёрдом теле. определяет энергию образования пары носителей: электрон-дырка. С шириной запрещённой зоны однозначно связано сопротивление р-n перехода при нормальной температуре. Энергия ионизации примеси и ширина запрещённой зоны могут быть найдены из измерений электропроводности или постоянной Холла в зависимости от температуры.
Концентрация носителей заряда
Концентрация носителей заряда в полупроводниках является важной физической величиной, определяющей электропроводность, теплопроводность, термоэд.с., фотопроводимость. Из теоретических расчётов с использованием статистики Ферми-Дирака установлено, что для беспримесного полупроводника общая формула для определения числа электронов в свободной зоне и дырок в заполненной зоне, которая выражается: 2(2 Π m∙* kT)3/2 n =------------------------ e - ΔЕ0 / 2 kT , логарифмируя h3 (2пm kT) 3/2 ln n = ln 2 ----------------------- - ΔЕ0 / 2 kT - первый член слабо h3
зависит от температуры, следовательно, логарифм концентрации является линейной функцией от 1/Т. По наклону прямой находим ширину запрещённой зоны.
Найдём произведение концентраций электронов и дырок в невырожденном полупроводнике при заданной температуре в условиях термодинамического равновесия.
(1) (2) (3) (4) Учитывая полученные ранее соотношения (1), (2), (3), (4):
где ni - собственная концентрация носителей заряда при заданной температуре. Таким образом, в невырожденном полупроводнике произведение концентраций свободных электронов и дырок при термодинамическом равновесии есть постоянная величина, равная квадрату собственной концентрации при данной температуре. Физически это означает, что если, например, в полупроводнике n-типа увеличить концентрацию доноров, то возрастёт число электронов, переходящих в единицу времени с примесных уровней в зону проводимости. Соответственно возрастает скорость рекомбинации носителей заряда и уменьшится равновесная концентрация дырок. (5) Соотношение (5) обычно называют законом действующих масс в соответствии с терминологией химической термодинамики (константа химического равновесия выводится из закона действующих масс). С помощью этого закона всегда можно найти концентрацию неосновных носителей заряда, если известна концентрация основных.
Если некоторый полупроводник одновременно легирован донорами и акцепторами, то можно получить материал любого типа в зависимости от того, какая из добавок имеет большую концентрацию. Расчёт параметров n и p для примесного полупроводника нужно производить с учетом условия электронейтральности, связывающего концентрации носителей заряда и концентрации примесных атомов. где n и p - концентрация электронов и дырок, N+д - концентрация ионизированных доноров, N-a - концентрация ионизированных акцепторов. Справедливость этого условия вытекает из следующих положений: Полупроводник, на который не действует внешнее электрическое поле, является электрически нейтральным. Введение донорных примесей с концентрацией Nд и акцепторных - с концентрацией Nа обуславливает появление добавочных электронов и дырок. Все донорные и акцепторные примеси ионизированы.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1443; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |