Физические основы электроники. Глазачев А.В - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
6
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Современные электронные устройства, для того, чтобы отвечать требованиям миниатюризации
и микроминиатюризации, строятся, в основном, на полупроводниковых приборах.
Характерными особенностями полупроводников является резко выраженная зависимость удель-
ной электропроводности s от температуры, от количества и природы вводимых примесей, а также
ее изменение под влиянием электрического поля, света, ионизирующего излучения и других факторов.
1.1. Энергетические уровни и зоны
В соответствии с квантовой теорией энер-
гия электрона, вращающегося по своей орбите
вокруг ядра, не может принимать произвольных
значений. Электрон может иметь только вполне
определенные дискретные или квантованные
значения энергии и дискретные значения орби-
тальной скорости. Поэтому электрон может дви-
гаться вокруг ядра только по определенным
(разрешенным) орбитам (рис. 1.1).
Каждой орбите соответствует строго опре-
деленная энергия электрона, или энергетический
уровень. Энергетические уровни отделены друг
от друга запрещенными интервалами (рис. 1.2).
Согласно принципу Паули на одном энер-
гетическом уровне не может находиться более
двух электронов, причем спины этих электронов
должны быть противоположны. В невозбужден-
ном состоянии электроны в атоме находятся на
ближайших к ядру орбитах и в таком состоянии
находятся до тех пор, пока какое-либо внешнее
воздействие не сообщит атому добавочную
энергию. При поглощении энергии атомом ка-
кой-либо электрон может перейти на один из
более высоких свободных уровней, либо вовсе
может покинуть атом, став свободным носите-
лем электрического заряда, а атом при этом пре-
вращается из нейтрального в положительно за-
ряженный ион.
1.2. Проводники, полупроводники и диэлектрики
В твердых телах атомы вещества могут образовывать так называемую кристаллическую решет-
ку, когда соседние атомы удерживаются межатомными силами на определенном расстоянии друг
от друга в точках равновесия этих сил, называемых узлами
кристаллической решетки. Под действием тепла атомы,
не имея возможности перемещаться, совершают колеба-
тельные движения относительно положения равновесия.
В отличие от газа соседние атомы в твердых телах так
близко находятся друг к другу, что их внешние электронные
оболочки соприкасаются или даже перекрываются.
В результате этого в твердых телах происходит рас-
щепление энергетических уровней электронов на большое
количество почти сливающихся подуровней (рис. 1.3), об-
разующих энергетические зоны. Разрешенная зона, в кото-
рой при температуре абсолютного нуля все энергетические
зоны заняты электронами, называется валентной.
1
=
n
2
=
n
3
=
n
1
2
4rr =
13
9rr =
м10529,0
10
1
-
×=r
Рис. 1.1. Разрешенные орбиты электрона в атоме водорода
1
n
2
n
3
n
¥
n
эВ53,13
1
-
=
W
1
2
W
W =
1
3
W
W =
0
=
¥
W
Рис. 1.2. Энергетические уровни атома водорода
W
D
Рис. 1.3. Расщепление энергетических
уровней электронов в твердых телах

Страницы