Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Собственная проводимость полупроводников
Из элементов таблицы Менделеева типичными полупроводниками являются германий и кремний. Ширина запрещенной зоны у германия 0,66эВ, у кремния - 1,1эВ (при T = 300К). Имея по 4 валентных электрона, атомы Ge и Si образуют кристаллические решетки типа алмаза, где каждый атом имеет 4 ближайших соседа, с каждым из которых он связан ковалентной связью. Условно пространственное расположение атомов в решетке типа алмаза можно представить в виде плоской структуры (см. рисунок 13.8а). Рис. 13.8 При достаточно высокой температуре тепловое движение способно разорвать некоторые связи, удалив электрон в то место кристалла, где все связи заполнены (рис.13.8а). Там электрон будет лишним. Такой электрон в дальнейшем свободно может двигаться по кристаллу, всюду являясь лишним. На рис. 13.8б) тот же процесс разрыва одной связи изображен на зонной схеме полупроводника: электрон из валентной зоны перешел в свободную зону (зону проводимости для полупроводника). Там, в зоне проводимости, электрон, как мы выше выяснили, может двигаться под действием сколь угодно малого внешнего электрического поля - создавать электрический ток. Отметим, что электрон в зоне проводимости ведет себя как частица с эффективной массой m*, не равной массе электрона (m* ≠ me = 9,1·10-31 кг). При разрыве одной связи (удаление с нее одного электрона) на месте этой связи останется нескомпенсированный положительный заряд. На зонной схеме эта ситуация изображается освобождением одного состояния в валентной зоне, до этого полностью заполненной. Такие незанятые электронами (вакантные) состояния называют дырочными состояниями. Дырки ведут себя как частицы с положительным зарядом, равным заряду электрона. Во внешнем поле они двигаются в направлении вектора напряженности электрического поля, как частицы с эффективной массой m* > 0. Если электрон проводимости, блуждая по кристаллу, встретит дырку (частично разорванную связь), то связь заполнится этим электроном. При этом число электронов проводимости уменьшится на единицу, одновременно станет на единицу меньше и число дырок. Этот процесс называется рекомбинацией носителей. Он изображен на рисунках 13.9. Рис. 13.9 На рисунке 13.9а) электрон проводимости заполняет незанятое место в ковалентной связи. На зонной схеме 13.9б) этому процессу соответствует переход электрона из зоны проводимости в вакантное состояние (дырку) валентной зоны.
Как видно из рисунка 13.9б), энергия электрона проводимости в процессе рекомбинации уменьшается. Избыток энергии может выделиться в виде излучения (излучательная рекомбинация). Возможна безизлучательная рекомбинация, при которой энергия выделяется в виде колебаний решетки или передается другим электронам проводимости, либо дыркам. Излучательная рекомбинация лежит в основе действия полупроводниковых лазеров. При заданной температуре устанавливается равновесие между процессом образования электронно-дырочных пар и процессом их рекомбинации. Таким образом устанавливается равновесное для заданной температуры число носителей зарядов. Проводимость, возникающая за счет переходов под действием температуры электронов идеального кристалла полупроводника из валентной зоны в свободную (зону проводимости), называется собственной проводимостью полупроводника. С ростом температуры растет равновесное число электронов в зоне проводимости и число дырок в валентной зоне. При этом в идеальном кристалле число образовавшихся электронов проводимости равно числу появившихся дырок. Эти электроны и дырки являются носителями тока. Удельная проводимость σ пропорциональна концентрации носителей n (см. (12.2)). Следовательно, удельная проводимость полупроводников будет расти с температурой. Распределение электронов по уровням зоны проводимости и валентной зоны описывается функцией Ферми-Дирака f(E) (11.4), причем у полупроводников с собственной проводимостью уровень Ферми EF с большой точностью расположен посредине запрещенной зоны. На рисунке 13.10 график f(E) изображен рядом с энергетической схемой полупроводника. Из рисунка 13.10 видно, что для электронов, находящихся у "дна" зоны проводимости: Рис. 13.10 Если что обычно и имеет место. Тогда мы имеем дело с "хвостом" функции f(E) (11.5); учитывая (13.2), получим: Концентрация электронов проводимости n (и равная ей концентрация дырок) будет пропорциональна f(E), а так как проводимость σ пропорциональна концентрации, то для нее, с учетом (13.3), имеем:
Переходя от пропорциональности к равенству, получим формулу зависимости собственной проводимости полупроводников от температуры: здесь σ0 - постоянная величина, имеющая размерность проводимости. Из полученной формулы видно, что собственная проводимость полупроводников σ экспоненциально быстро растет с температурой. Изучая на опыте зависимость σ(Т), можно найти экспериментальное значение ширины запрещенной зоны ΔEзап. В полупроводниках и диэлектриках электроны могут перейти из валентной зоны в зону проводимости за счет поглощения фотонов, энергия которых достаточна для обеспечения такого перехода. Энергия фотона ε, как известно, равна hν. Значит необходимым условием внутреннего фотоэффекта является неравенство: В результате внутреннего фотоэффекта возникает собственная фотопроводимость. Измеряя граничную частоту νкр (или соответствующую ей длину волны λкр=с/νкр), т.е. определяя красную границувнутреннего фотоэффекта, можно найти ширину запрещенной зоны полупроводника или диэлектрика: Итоги лекции N 13
ЛЕКЦИЯ N 14 Примесная проводимость полупроводников. Донорные примеси, полупроводники n-типа. Акцепторные примеси, полупроводник р-типа. Электронно-дырочный переход, полупроводниковый диод. Полупроводниковый триод (транзистор)
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 1010; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.117.186.92 (0.021 с.) |