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 |
Поэтому электропроводность собственных полупроводников имеет слабо выраженный электронный характер.
Следует отметить, что в полупроводниках с достаточно широкой запрещенной зоной при нормальной температуре собственные носители зарядов либо отсутствуют, либо их концентрации очень малы и недостаточны для нормальной работы полупроводниковых приборов, используемых в технике. Поэтому наибольшее практическое применение получили примесные полупроводники, у которых в рабочем интервале температур электропроводность обеспечивается за счет электронов (дырок) примесных атомов. Для применяемых в промышленности полупроводниковых материалов примеси в вещество вводят специально, чтобы получить нужный тип и величину проводимости. Энергетические диаграммы примесных полупроводников представлены на рис.4.2.
Рисунок 4.2 - Энергетические диаграммы примесных полупроводников а- донорного, б- акцепторного
На рис.4.2 обозначено: D Е д, D Е А- энергетическое положение электронов примесных атомов, которое часто называют глубиной залегания примеси или энергией активации примесной проводимости примесных носителей заряда. Энергия связи внешних электронов примесных атомов за счет взаимодействия с матричными атомами значительно уменьшается. Поэтому атомы примеси способны легко отдавать электроны в свободную зону, либо захватывать электроны валентной зоны, достраивая тем самым свою наружную оболочку до устойчивого состояния. Отсюда произошли термины: донорный полупроводник, т.е. имеющий примесь, отдающую электрон в свободную зону; акцепторный полупроводник, т.е. имеющий примесь, захватывающую электрон из валентной зоны. Поскольку D Е Д, D Е А очень малы, порядка 0,01 - 0,2 эВ, то уже при нормальных температурах в зоне проводимости донорного полупроводника появляются свободные электроны, способные обеспечивать его электропроводность. Примесные атомы, отдавшие электроны, становятся положительно заряженными ионами. При этом вакансии электронов (дырок) донорных атомов сильно связаны с атомными остатками и поэтому не влияют на электропроводность полупроводника. В случае акцепторного полупроводника электроны валентной зоны захватываются атомами примеси, превращаясь в отрицательные ионы. Оставшиеся в валентной зоне дырки являются свободными и, обеспечивают электропроводность полупроводника, а захваченные атомами примеси электроны находятся в связанном состоянии и не влияют на электропроводность.
Из изложенного следует, что в донорном полупроводнике носителями заряда являются электроны, поэтому он называется электронным или n -типа, а в акцепторном полупроводнике носителями заряда являются дырки, и полупроводник называется дырочным или р-типа. Сравнивая собственные и примесные полупроводники, следует подчеркнуть, что в последних электропроводность проявляется при более низких температурах, поскольку D Е Д, D Е а << D E g и в рабочем диапазоне температур можно считать, что n = N д, а р= N А, где N Д, N А – концентрации введённых в полупроводник атомов примеси. При достаточно высоких температурах наряду с примесными электронами (дырками) в полупроводнике появляются собственные носители обоих типов и суммарная концентрация свободных носителей возрастает. Однако в электронном полупроводнике концентрация электронов намного больше концентрации дырок, поэтому электроны называют основными, а дырки - н еосновными носителями зарядов. В акцепторном полупроводнике основными носителями являются дырки, а неосновными - электроны. В общем случае концентрация свободных носителей зарядов в примесных полупроводниках в рабочем диапазоне температур определяется соотношениями: , (12) , (13) Удельная проводимость примесного полупроводника будет определяться аналогично (11) соотношениями: для донорного и акцепторного полупроводников соответственно. Выражения (7), (8) и (12), (13) свидетельствуют о том, что концентрации носителей заряда в полупроводниках, а, следовательно, и удельная проводимость s, согласно (11), (14), (15) зависят от температуры Т (внешний фактор), ширины запрещённой зоны D E g, глубины залегания примеси D Е Д, D Е А и эффективных масс электронов m n* и дырок m р* (параметры полупроводникового материала). Из этих выражений также следует, что температурная зависимость концентрации n (р) = f (Т) определяется в основном экспоненциальным членом. Поэтому, в координатах ln (n),(р) = f (1/Т) она будет в идее прямой линии, по тангенсу угла наклона которой можно определить энергетические параметры полупроводников, т.е. ширину запрещённой зоны DEg, которая является энергией активации собственной проводимости, и энергию активации примесной проводимости D Ед; D Е А. В этом и заключается термический метод определения энергетических параметров полупроводниковых материалов.
В общем случае температурная зависимость концентрации носителей заряда примесного полупроводника имеет три характерных участка (рис.4.3)
Рисунок 4.3 - Температурная зависимость концентрации носителей заряда примесного полупроводника
При низких температурах (участкок 1) тепловой энергии достаточно для ионизации примесных атомов. Поэтому с ростом температуры увеличивается концентрация примесных носителей заряда и наклон прямой на графике определяется энергией ионизации примесных атомов, т.е. глубиной залегания примеси D Е Д, D Е А. На втором участке, т.е. при повышенных температурах, все примесные атомы ионизированы. Следовательно, концентрация свободных носителей, равная концентрации примесных атомов (n = N Д или p = N А), не изменяется с ростом температуры до тех пор, пока тепловой энергии недостаточно для возбуждения электронов собственных атомов полупроводника. На третьем участке при высоких температурах концентрация растёт за счёт генерации собственных носителей зарядов и наклон прямой определяется шириной запрещённой зоны полупроводника D E g. Таким образом, имея экспериментально измеренную зависимость концентрации носителей от температуры, можно по графику определить энергию активации примесной проводимости D E Д, D Е А и ширину запрещенной зоны полупроводника D E g, т.е. энергию активации собственной проводимости. Однако измерение концентрации в чисто техническом плане задача достаточно сложная. Поэтому обычно для определения D E Д, D Е А , D E g пользуются экспериментально измеренной зависимостью удельной проводимости s от температуры. При этом необходимо учесть температурную зависимость подвижности носителей заряда. При движении носителей заряда в полупроводнике под действием внешнего поля происходит их столкновение (рассеяние) с атомами и различными дефектами кристаллической решетки. При этом скорость их движения может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от механизма рассеяния. В реальных кристаллах действуют одновременно несколько механизмов рассеяния, приводящих к изменению подвижности носителей заряда. Однако вклад каждого типа рассеяния может весьма сильно меняться с изменением температуры и концентрации дефектов в исследуемом образце. Обычно в полупроводниках рассматривают два основных механизма рассеяния: на ионах примеси и на тепловых колебаниях решетки. С изменением температуры роль каждого из этих механизмов меняется. При низких температурах основную роль играет рассеяние на ионах примеси, приводящее к увеличению подвижности. С повышением темперутары преобладающим становится рассеяние на тепловых колебаниях решетки, снижающее подвижность. Установлено, что с ростом температуры подвижность носителей заряда растет пропорционально T 3/2, что соотвествует рассеянию на ионах примеси, затем она переходит через максимум и уменьшается пропорционально T -3/2, что соотвествует рассеянию на тепловых колебаниях решетки. Графически температурная зависимость подвижности имеет вид, представленный на рис.4.4.
Из графика видно, что подвижность зависит и от концентрации примеси. С ростом концентрации (N 2 > N 1) подвижность носителей уменьшается (m 2 < m 1) за счет столкновения самих носителей между собой. Причем максимум подвижности с увеличением концентрации примесных атомов сдвигается в сторону больших температур, поскольку при малых концентрациях рассеяние на примеси более вероятно, нежели рассеяние на тепловых колебаниях решетки.
Рисунок 4.4 - Температурная зависимость подвижности носителей заряда в полупроводниках
|
|||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-12; просмотров: 63; 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 - 18.224.63.87 (0.013 с.) |