При тлеющем разряде положительными ионами с катода выбивается большое число электронов. Если разряд происходит в трубке при очень больших разрежениях, то средняя длина свободного пробега электронов увеличивается и катодное темное пространство расширяется. Электроны, выбитые с катода положительными ионами, движутся почти без столкновений и образуют катодные лучи. Эти лучираспространяются нормально к поверхности катода. Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок.
Электронные пучки отклоняются в электрическом и магнитном полях. Возможность управления электронным пучком с помощью электрического и магнитного поля и свечение экранов, покрытых люминофором под действием электронных пучков, используют в электронно-лучевых трубках.
1. В чем состоит ионизация газа и рекомбинация ионов в газе?
2. Что такое газовый разряд?
3. В чем заключается разница между самостоятельным и несамостоя-тельным газовыми разрядами?
4. Что представляют собой дуговой и тлеющий разряды?
5. Что такое плазма? Какими свойствами она обладает?
6. Что такое диод, как он устроен и почему может работать выпрямителем переменного тока?
7. Что такое электронные пучки, какими свойствами обладают, где применяются?
8. Приведите примеры применения тлеющего разряда в технике.
9. Приведите примеры практического применения плазмы.
10. Опишите механизм образования электронно-ионных лавин.
В процессе изучения темы мы ознакомились со свойствами газовых разрядов и протеканием электрического тока в газах и вакууме.
Распределение электронов и дырок описывается функцией Ферми–Дирака.
Согласно принципу Паули каждое квантовое состояние может быть заня-то только одним электро-ном. При большем их числе, при абсолютном нуле температур все состояния ниже EF заполнены:
Число состояний на единичный энергетический интервал в единице объема полупроводника как функция энергии.
В двух прилегающих друг к другу фазах электронное равновесие до-стигается при равенстве уровней Ферми. -
Аморфные вещества
| С термодинамической точки зрения аморфное ТТ находится в метастабильном состоянии и со временем должно закристаллизоваться. Аморфные вещества ведут себя как жидкости с аномально высокой вязкостью. К ним относятся стекла, пластмассы и смолы, При повышении температуры они постепенно размягчаются и приобретают способность течь, как жидкости [§1.1].
|
Анизотропия
| Неодинаковость свойств кристалла в разных направлениях, которая является результатом его симметрии и внутреннего строения[§1.1].
|
Акцепторные уровни
| Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупровод-ника, называют акцепторными, а энергетические уровни этих примесей – акцепторными уровнями. Полупроводники, содержащие такие примеси, называются дырочными полупроводниками, или полупроводниками p -типа;часто их называют акцепторными полупроводниками. [§ 3.6.1].
|
Адсорбционный слой
| См. [§ 4.2.2].
|
Барьерная емкость
| При обратном напряжении, приложенном к p - n переходу, носители заря-дов обоих знаков находятся по обе стороны перехода, а в области самого перехода их очень мало. Таким образом, в режиме обратного напряжения p - n переход представляет собой емкость. Эту емкость называют барьерной (Сб). [§ 8.5].
|
Ван-дер-ваальсовские связи
| Силы взаимодействия в таких кристаллах определяются наличием у молекул естественных или индуцированных электрических моментов [§ 1.3].
|
Валентная зона
| При сближении атомов на растояние примерно 10 –8 см.,будет происходить перекрытие волновых функций атомарных электронов. Благодаря этому энергетический уровень валентных электронов превращается в зону.Эта зона носит название валентной [§ 2.1].
|
Водородная связь
| В кристаллах с водородными связями каждый атом водорода связан силами притяжения одновременно с двумя другими атомами. Водородная связь вместе с электростатическим притяжением дипольных моментов молекул воды определяет свойства воды и льда[§1.1].
|
Вольтамперная характеристика p-n перехода
| См. [§8.4].
|
Время жизни носителей
| Среднее время существования носителей заряда в полупроводнике обычно называют временем жизни носителей [ § 3.8].
|
Вырожденный газ
| В вырожденном газе в формировании электропроводности могут участвовать не все свобод-ные электроны, а лишь те из них, которые располагаются непосредственно у уровня Ферми.[§ 5.2.2].
|
Генерация носителей заряда
| Генерация носителей заряда (образование свободных электронов и дырок) происходит при воздействии теплового хаотического воздействия атомов кристаллической решетки (тепловая генерация), при воздействии поглощенных полупроводником квантов света (световая генерация) и других энергетических факторов [§ 3.4].
|
Гетеропереход
| Гетеропереходом называют переход, образующийся на границе контакта двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны. [§ 9.3].
|
Дефекты в кристалле
| Нрушения периодичности решетки, которые не сводятся к тепловым движениям, называются дефектами [§ 1.7].
|
Дефекты по Шоттки
| В реальных кристаллах некоторые узлы кри-сталлической решетки, в которых должны находиться атомы, оказываются незанятыми [§ 1.7].
|
Дефекты по Френкелю
| Они возникают в том случае, когда атом покидает свое место в узле кристаллической решетки и размещается в междоузлии в окружении атомов, расположенных на своих законных местах [§ 1.7].
|
Дислокации
| Этот вид дефектов возникает в случае, когда между атомными плоскостями вклинивается неполная дополнительная атомная плоскость [§ 1.7].
|
Дырка
| Вакантное место в ковалентной связи получило название дырки. Незавершенная связь будет иметь избыточный положительный заряд равный по величине заряду электрона [§ 3.2].
|
Донорные уровни
| Примеси, являющиеся источником электронов проводимости, называются донорами, а энергетические уровни этих примесей – донорными уровнями. Полупроводники, содержащие донорную примесь, называются электронными полупроводниками, или полупроводниками п -типа;часто их называют также донорными полупроводниками [§3.6.1].
|
Дрейфовый ток
| Ток, обусловленный внешним электрическим полем, получил название дрейфового тока. [ § 3.8].
|
Диффузионный ток
| Ток, возникающий в результате диффузии носителей из области, где их концентрация повышена, в направлении области с более низкой концентрацией, называется диффузионным бездрейфовым током. [ § 3.8].
|
Диффузионная длина
| Среднее расстояние, которое проходят за время жизни носители, называют диффузионной длиной носителей заряда. [3.8].
|
Двойной электрический слой
| Совокупность положительных ионов у поверхности металла и электронов, появляющихся над поверхностью, называется двойным элект-рическим слоем. [4.2.1].
|
Запрещенная зона
| Зоны дозволенных энергий отделены друг от друга интервалом, называемым запрещенной зоной или энергетической щелью [§ 2.1].
|
Зона проводимости
| Если же в самой верхней занятой, но не полной зоне, имеются свободные энергетические уровни, на которые могут переходить электроны, то они образуют так называемую зону проводимости [§ 2.1].
|
Ионные кристаллы
| Ионные кристаллы (NaСl, KC1 и др.) характерны тем, что силы притяжения, действующие между ионами - электростатические.
[§1.1].
|
Индексы Миллеры
| В ристаллографии принято пользоваться для обозначения плоскостей особыми индексами Миллера. [ § 1.6].
|
Инжекционный лазер
| См.[§10.6].
|
Инверсия населенностей
| Инверсия населенностей – соотношение между населенностями разных энергетических уровней атомов или молекул вещества, при котором число частиц на верхнем из данной пары уровней больше, чем на нижнем.
[§10.5].
|
Кристалл
| Кристалл, представляет собой совокупность атомов, упорядоченно расположенных в пространстве и удерживаемых около положения равновесия силами взаимодействия. Структурными единицами ТТ служат атомы, молекулы или ионы. Термодинамически устойчивыми ТТ являются кристаллические, так как они обладают минимальной внутренней энергией, с повышением температуры, по достижении определенной температуры, называемой температурой плавления, они скачкомпереходят в жидкое состояние. Кристалл имеет прерывистую периодическую структуру. [§1.1].
|
Ковалентный кристалл
| В ковалентных кристаллах (алмаз, Ge, Si и др.) валентные электроны соседних атомов обобществлены, поэтому ковалентный кристалл можно рассматривать как одну огромную молекулу [§1.1].
|
Класс симметрии
| В кристаллографии показано, что существуют всего 32 возможные комбинации элементов симметрии. Каждая из таких возможных комбинаций называется классом симметрии. В природе существуют только кристаллы, относящиеся к одному из 32 классов симметрии [§ 1.3].
|
Коэффициент Холла
| См.[§ 6.1.1].
|
Контактная разность потенциалов
| См. [§ 7.1.1].
|
Когерентность
| Когерентность – согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Т.е. если разность фаз двух колебаний остается постоянной во времени, или же два идеальных монохроматических колебания имеют одну и ту же частоту, то такие колебания называются когерентными. [§10.5].
|
Лазеры
| Вынужденное когерентное излучение называют с тимулированным или индуцированным, а излучатели таких волн получили название лазеров (от английского Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усиление света за счет индуцированного излучения). [§10.4].
|
Металлическая связь
| В металлических кристаллах связь (металлическая связь) обуслов-лена коллективным взаимодействием подвижных электронов с остовом кристаллической решетки. Для переходных металлов характерна также ковалентная связь, осуществляемая электронами незаполненных внутренних оболочек [§1.1].
|
Молекулярные кристаллы
| В молекулярных кристаллах молекулы связаны между собой относительно слабыми электростатическими силами (ван-дер-ваальсовы силы) обусловленными динамической поляризацией молекул [§1.1].
|
Неравновесная концентрация
| Если с помощью какого либо внешнего воздействия динамическое равновесие концентраций электронов и дырок в полупроводнике нарушено, то появляется дополнительная неравновесная концентрация носителей заряда. [§3.8].
|
Невырожденный газ
| В случае невырожденного газа плотность заполнения зоны проводи-мости электронами на столько небольшая, что они практически никогда не встречаются так близко, что бы их поведение могло ограничиваться принци-пом Паули.[§ 5.2.1, § 5.2.2].
|
Несамостоятельный газовый разряд
| Процесс протекания тока через газ называют газовым разрядом. Ток в газе, возникающий при наличии внешнего ионизатора, называется несамостоятельным газовым разрядом.
|
Ось симметрии
| Если кристалл обладает осью симметрии (поворотной осью), то он может быть совмещен сам с собой, т.е. приведен в положение неотличимое от исходного, путем поворота на некоторый угол вокруг этой оси. В зависимости от симметрии кристалла величина угла поворота, необходимого для совмещения кристалла с самим собой, может составлять 360, 180, 120, 90, 60 градусов. (2п / п, где n = 1, 2, 3, 4 или 6) [§ 1.3].
|
Основные носители
| Электроны, составляющие подавляющее большинство носителей заряда в полупроводниках п -типа, называют основными носителями заряда, а дырки – неосновными.. И на оборот, дырки составляющие подавляющее большинство носителей заряда в полупроводниках p -типа, называют основными носителями заряда, а электроны– неосновными. [§ 3.6.2, § 3.6.3].
|
Омический переход
| Контакт, электрическое сопротивление которого мало и не зависит от направления тока в заданном рабочем диапазоне токов. [§9.3.3].
|
Период трансляции
| Трансляция а представлена вектором, имеющим определенное направление и численное значение, равное а, называемое периодом трансляции [§1.3].
|
Плоскость симметрии
| Если одна половина кристалла совмещается с другой при отражении в некоторой плоскости, как в зеркале, то такая плоскость называется плоскостью симметрии [§ 1.3].
|
Поворотно-зеркальная ось
| К этому элементу симметрии приводит одновременное применение двух операций: поворота вокруг оси и зеркального отражения в плоскости, перпендикулярной оси [§ 1.3].
|
Полупроводники
| Полупроводники, широкий класс веществ с электронным механизмом электропроводности, по её удельному значению sзанимающих про-межуточное положение между металлами (s ~ 104—106 Ом-1•см-1) и хорошими диэлектриками (s ~ 10-12—10-11 Ом-1•см-1) (интервалы значений sуказаны при комнатной температуре) [§ 3.1].
|
Примесный полупроводник
| Полупроводник, имеющий примеси, называется примесным, а его электропроводность обусловленную наличием в кристалле примесей-примесной [§ 3.6.1].
|
Полупроводник n-типа
| См. Донорные уровни. [§ 3.6.1].
|
Полупроводник p-типа
| См. Акцепторные уровни [§ 3.6.1].[ § 3.6.3].
|
Примесная проводимость
| Проводимость, вызванная присутствием в кристалле полупроводника примесей из атомов с иной валентностью, называется примесной [§ 3.6.2].
|
Переход Шоттки
| Выпрямляющий контакт металл – полупро-водник п -типа называют переходом Шоттки. Важнейшей особенностью перехода Шоттки по сравнению с р-п переходом является отсутствие инжекции неосновных носителей заряда. [§9.1].
|
Поверхностные явления в полупроводниках
| Физические явления, возникающие у поверхности полупроводникового кристалла вызванные нарушением распределения потенциала кристаллической решетки полупроводника вследствие его обрыва у поверхности; наличием нескомпенсированных валентных связей у поверхностных атомов; искажением потенциала решетки из-за поверхностных атомов; искажением потенциала решетки из-за возможных поверхностных дефектов структуры кристалла. [§9.2].
|
Поверхностный потенциал
| Если принять потенциал в объеме полупроводника равным нулю, то потенциал поверхности будет отличен от нуля из-за наличия зарядов между объемом и поверхностью. Разность потен-циалов между поверхностью и объемом называют поверхностным потенциалом [§9.2].
|
Пробой
| Туннельный -основан на изученном нами туннельном эффекте – когда электроны проходят через потенциальный барьер р-п- перехода, не изменяя своей энергии.
|
Лавинный -Механизм лавинного пробоя подобен механизму ударной ионизации в газах. Под действием сильного электрического поля электроны могут освободиться из ковалентных связей и получить энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера в р-п- переходе. Двигаясь с большой скоростью в области р-п- перехода они сталкиваются с нейтральными атомами и ионизируют их.
|
Тепловой -Электрический и тепловой пробой во многих случаях происходят одновременно. Во время электрического пробоя полупроводник разогревается и затем происходит тепловой пробой. Тепловая генерация пар электрон –дырка приводит к увеличению концентрации неосновных носителей заряда и к росту обратного тока, а увеличение тока, приводит в свою очередь к дальнейшему повышению температуры. Процесс нарастает лавинообразно. При чрезмерном разогреве кристалла, р-п- переход необратимовыходит из строя.
|
Работа выхода
| Работой выхода называется работа по перемещению электрона из проводника в окружающее пространство равна произведению заряда электрона е на пройденную разность потенциалов φ0.[§ 4.2.1].
|
Рекомбинация носителей заряда
| Процесс превращения свободного электрона в связанный электрон и исчезновение пары носителей заряда (электрон-дырка) носит название рекомбинации.
|
Силы взаимодействия
| Природа сил взаимодействия между атомами в кристаллах хорошо известна. Это – электрические силы отталкивания и притяжения по-ложительно и отрицательно заряженных частиц, имеющихся в каждом атоме. [§1.1].
|
Сингония
| В кристаллографии принято объединять 32 класса симметрии в 7 систем симметрии или 7 сингоний, которые носят следующие названия в порядке возрастания симметрии триклинная система, включающая два класса симметрии, тригональная система, объединяющая семь классов, моноклинная система, куда входят три класса, гексагональная система - пять классов, ромбическая, также с тремя классами, тетрагональная система с семью классами, кубическая система [§ 1.3].
[§ 1.3].
|
Собственный полупроводник
| Полупроводник будет являться собственным, если влияние примесей на его свойства пренебрежимо мало. В нем свободные носители заряда возникают только за счет разрыва валентных связей [§ 3.2].
|
Стимулированное излучение
| Может воз-никнуть процесс, при котором все возбужденные атомы излучают почти одновременно, взаимосвязано и так, что генерируемые фотоны абсолютно неотличимы от тех, которые эту генерацию вызвали. Такое вынужденное когерентное излучение называют с тимулированным или индуцированным [§10.4.].
|
Термопара
| См.[§11.2.1].
|
Термоэлемент
| См. [§ 11.2.2].
|
Термоэлектрические явления
| См. [§10.1.1].
|
Трансляция
| Кристалл имеет прерывистую периодическую структуру. С геомет-рической точки зрения такую структуру можно создать с помощью операции параллельного смещения, которая называется трансляцией [§1.3].
|
Твердое тело
| Твердым телом (ТТ) называют такое агрегатное состояние вещества, которое характеризуется постоянством формы рассматриваемой макро-системы и особым характером теплового движения атомов, составляющих макросистему. Различают кристаллические и аморфные ТТ. Термодинами-чески устойчивыми ТТ являются кристаллические, так как они обладают минимальной внутренней энергией[§1.1].
|
Трансляционная группа
| Положение любой точки в пространственной решетке определяться комбинацией перемещений ma+nb+pc. Комбинация трех векторов а,b,с называется трансляционной группой [§1.3].
|
Тепловой пробой p-n перехода
| Тепловой пробойp-n перехода происходит вследствие вырывания ва-лентных электронов из связей в атомах при тепловых колебаниях кристалли-ческой решетки. Тепловая генерация пар электрон-дырка приводит к увели-чению концентрации не-основных носителей заряда и к росту обратного тока. [§8.4].
|
Туннельный эффект
| Туннельный эффект заключается в том, что электроны проходят через потенциальный барьер p-n перехода, не изменяя своей энергии. [§8.6].
|
Фотопроводимость полупроводников
| Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. [§ 10.1].
|
Фоторезистивный эффект
| Сущность этого явления состоит в том, что при поглощении квантов света с энергией достаточной для ионизации собственных атомов полупроводника или ионизации примесей, происходит увеличение концентрации носителей заряда. [§10.2].
|
Центр симметрии
| Если в кристалле существует точка, обладающая тем свойством, что при замене радиуса-вектора r, любой из частиц, составляющих кристалл на обратный ему вектор - r, кристалл переходит в состояние, неотличимое от исходного, то эта точка называется центром симметрии или центром инверсии [§ 1.3].
|
Экстракция носителей заряда
| Для неосновных носителей (дырок в n - области и электронов в р - области) потенциальный барьер в электронно-дырочном переходе отсутствует, и они будут втягиваться полем в области p-n перехода. Это явление называется экстракцией. [§ 8.2].
|
Элементарная ячейка
| Параллелепипед, построенный на трех элементарных трансляциях а, в, с, называется элементарным параллелепипедом или элементарной ячейкой.[ §1.3].
|
Элементы симметрии
| плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии, зеркально-поворотная ось симметрии[ §1.3].
|
Электрохимический потенциал
| Энергия электрохимического потенциала – работа, которую необходимо затратить для изменения числа частиц в системе на единицу при условии постоянства объема и температуры [§ 3.3].
|
Электрический пробой p-n перехода
| Электрический пробой происходит в результате внутренней электростатической эмиссии (зинеровский пробой) и под действием ударной ионизации атомов полупроводника (лавинный пробой). [§ 8.4].
|
Электронная эмиссия
| См. [§ 4.2.2].
|
Электронно –дырочный переход (p-n переход).
| Переход между материалами с электропроводностью n- и p- типа носит название p-n перехода. [§ 7.2].
|
Электростатический домен
| См. Эффект Ганна [§ 5.6].
|
Энергия Ферми
| При температуре равной абсолютному нулю Т = 0 К энергия всей атомной системы, в том числе и электронного газа минимальна. Однако при этом наблюдается характерная ситуация, когда электроны, находящиеся на верхних энергетических уровнях, обладают еще достаточно большой энергией, которую они не могут сбросить и перейти на нижние уровни из-за запрета Паули. Энергия электронов, занимающих самый верхний из занятых уровней, обозначается εмакс и называется энергией Ферми [§ 2.1, § 3.3].
|
Эффективная масса
| Влияние на движение электрона в поле периодического кристаллического потенциала ионов и остальных электронов приводит к тому, что свойства носителей тока в кристалле (электронов проводимости и дырок) во многом отличается от свойств электронов в свободном пространстве. А их масса (эффективная масса) может сильно отличаться от массы свободного электрона и зависеть от направления движения [§ 3.5].
|
Эффект Ганна
| См.[§ 5.6].
|
Эффект Зиннера
| См.[§ 5.6].
|
Эффект Зеебека
| См. [§ 10.1.1].
|
Эффект Пельтье
| См. [§ 10.1.2].
|
Эффект Томсона
| См. [§ 10.1.3].
|
Эффект Холла
| Явление возникновения в полупроводнике с текущим по нему током поперечного электрического поля под действием магнитного поля называют эффектом Холла. [§ 6.1.1].
|
Эффект Штарка
| См.[§ 5.6].
|