Физические основы электроники. Глазачев А.В - 9 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
9
При безызлучательной рекомбинации избыточная энергия передается кристаллической решетке
полупроводника, т.е. избыточная энергия идет на образование фононов – квантов тепловой энергии.
Следует отметить, что генерация пар носителей «электрон – дырка» и появление собственной
электропроводности полупроводника может происходить не только под действием тепловой энергии,
но и при любом другом способе энергетического воздействия на полупроводник – квантами лучистой
энергии, ионизирующим излучением и т.д.
1.4. Распределение электронов по энергетическим уровням
При неизменном температурном состоянии полупроводника распределение электронов по
энергетическим уровням подчиняется квантовой статистике Ферми–Дирака. С ее помощью можно
определить концентрацию электронов в зоне проводимости, дырок в валентной зоне и определить
зависимость удельной электропроводности полупроводника от температуры, наличия примесей и
других факторов.
Вероятность заполнения электроном энергетического уровня
W
при температуре
T
определяет-
ся функцией распределения Ферми:
()
kT
WW
n
F
e
Wf
-
+
=
1
1
, (1.1)
где
T
– температура в градусах Кельвина;
k
– постоянная Больцмана (
К
Дж
1038,1
23-
×» );
F
W – энер-
гия уровня Ферми (средний энергетический уровень, вероятность заполнения которого равна
5
,
0
при К0
0
=T ).
Соответственно функция
(
)
(
)
Wf
n
1 определяет веро-
ятность того, что квантовое состояние с энергией
E
свобод-
но от электрона, т. е. занято дыркой
() ()
kT
WW
np
F
e
WfWf
-
+
=-=
1
1
1 . (1.2)
Вид этих функций представлен на рис. 1.7. При темпе-
ратуре К0
0
=T функция распределения Ферми имеет сту-
пенчатый характер. Это означает, что при К0
0
=T все энер-
гетические уровни, находящиеся выше уровня Ферми, сво-
бодны.
При К0
0
>T увеличивается вероятность заполнения
электроном энергетического уровня, расположенного выше
уровня Ферми. Поэтому ступенчатый характер функции рас-
пределения сменяется на более плавный в сравнительно
кой области энергий, близких к
F
W .
1.5. Примесная электропроводность полупроводников
Электропроводность полупроводника может обусловливаться не только генерацией пар носите-
лей «электрон – дырка» вследствие какого-либо энергетического воздействия, но и введением
в структуру полупроводника определенных примесей.
Примеси могут быть донорного и акцепторного типа. Такую же роль, как примеси, могут играть
различные дефекты кристаллической решетки: пустые узлы, дислокации или сдвиги, возникающие при
пластической деформации кристалла и т.д.
1.5.1. Донорные примеси
Донор – это примесный атом или дефект кристаллической решетки, создающий в запрещенной
зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электроном и способный в возбу-
жденном состоянии отдать электрон в зону проводимости.
W
n
f
p
f
0
0
0
,
1
0
,
1
5
,
0
K
T
0
>
K
T
0
=
F
W
п
W
в
W
Рис. 1.7. Распределение электронов
по энергетическим уровням
для чистого полупроводника

Страницы