Составители:
Рубрика:
7
димости перекрываются, т.е. запрещенная зона отсутствует. В этом случае
электроны под действием электрического поля могут приобретать дополни-
тельную кинетическую энергию, занимая свободные уровни энергии в зоне
проводимости. Валентные электроны в металле принадлежат одновременно
всем атомам кристалла и являются свободными носителями заряда.
Если валентная зона заполнена целиком (все уровни энергии в ней запол-
нены электронами) и ширина запрещенной зоны не равна нулю, то валентные
электроны не могут приобретать дополнительную кинетическую энергию и не
являются свободными. Если же валентному электрону сообщить энергию, спо-
собную преодолеть запрещенную зону ε
з
, то он
переходит из валентной зоны на
один из незанятых уровней зоны проводимости и становится свободным носи-
телем заряда. Одновременно в валентной зоне появляется один свободный уро-
вень, соответствующий дырке, что позволяет электронам валентной зоны пере-
мещаться. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости может
произойти под действием тепловой энергии или какого-либо другого источника
энергии.
Если ширина запрещенной зоны относительно велика (более 3 эВ), то те-
пловой энергии электронов недостаточно, чтобы перейти им из валентной зоны
в зону проводимости. Свободных носителей заряда в таких материалах нет и их
относят к диэлектрикам.
В полупроводниках, используемых для приборов и микросхем, ширина
запрещенной зоны составляет 0,1 … 3 эВ; например в кремнии — 1,12 эВ.
Носители заряда в полупроводниках. Чистый, беспримесный полупро-
водник называют собственным, а свободные электронно-дырочные пары в нем
— собственными носителями заряда. Этими носителями обусловлена собст-
венная электропроводность чистого полупроводника.
При температуре абсолютного нуля термогенерация электронно-
дырочных пар отсутствует и концентрация свободных носителей заряда равна
нулю. С ростом температуры тепловая энергия кристаллической решетки по-
вышается и происходит рост концентрации собственных носителей — электро-
нов п
i
и дырок р
i
по экспоненциальному закону: n
i
=p
i
≈ ехр [-q ε
з
/ (2kT)] , где
k= 1,38 •10
-23
Дж/К - постоянная Больцмана, T-абсолютная температура.
При увеличении температуры растет также и электропроводность чистого
полупроводника — эта особенность отличает полупроводники от металлов,
электропроводность которых слабо меняется при изменении температуры. При
комнатной температуре для кремния n~10
10
см
-3
, что приблизительно в 10
13
раз
меньше, чем для металлов. Материалом для полупроводниковых приборов и
микросхем служат примесные полупроводники, электрические свойства которых
определяются специальными примесями в них.
Для легирования (введения малых количеств примеси) кремния и герма-
ния используют трех- и пятивалентные элементы, атомы которых замещают
атомы полупроводника в кристаллической решетке.
Перенос носителей заряда в полупроводниках. В кристалле полупро-
водника свободные носители заряда совершают хаотическое тепловое движе-
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- …
- следующая ›
- последняя »
