Физико-химические основы РЭС - 16 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

находящийся в валентной зоне, может перескочить на свободный энергетический уровень в зоне прово-
димости. Здесь он уже сможет увеличивать свою энергию, а значит, станет носителем тока (такой элек-
трон называют
электроном проводимости
n
). Одновременно с этим под действием термической актива-
ции в валентной зоне появляется свободный энергетический уровень, который может занять (ускоряясь
электрическим полем) другой электрон. При этом свободный энергетический уровень (его называют
дырка
p
), будет двигаться вниз по энергии.
Чем выше температура (или интенсивнее облучающий полупроводник поток излучения или быстрых
частиц), тем больше концентрация электронно-дырочных пар, тем меньше электрическое сопротивление
непроводника.
Изоляторы отличаются от полупроводников существенно большей шириной запрещённой зоны (для
алмаза
E
g
≈ 7 эВ, для кремния
E
g
≈ 1,1 эВ), поэтому с ростом температуры их удельное сопротивление ме-
няется мало.
На рис. 5.3 приведены графики зависимости сопротивления от температуры. Из них видно, что со-
противление металла при
Т
= 0 стремится к нулю, в то время как для полупроводников и диэлектриков
оно приближается к бесконечности.
Таким образом, различия в электропроводности (величине обратной сопротивлению) между метал-
лами и полупроводниками – качественное, а между полупроводниками и диэлектриками – количествен-
ное.
Такая энергетическая схема относится только к собственным полупроводникам, получаемым в ре-
зультате высокой степени очистки.
В реальных полупроводниках всегда присутствуют атомы другого сорта, которые введены специ-
ально или присутствуют случайно. Их влияние на зонную структуру, а значит и на электропроводность
материала зависит от размера атомов, валентности и других характеристик. Посторонние атомы, взаи-
модействуя с кристаллической решёткой полупроводника, могут
образовывать примесные уровни в его запрещённой зоне (близко к
потолку валентной зоны или дну зоны проводимости или глубокие
уровни, удалённые от разрешённых зон).
Так, при введении в четырёх- валентный кремний атомов фосфора из
V группы системы Менделеева, они образуют примесный уровень око-
ло дна зоны проводимости. При этом энергетический барьер для
ионизации атомов фосфора и образования электронов проводимости
существенно меньше: при 293 К практически все атомы фосфора отдают
электроны в зону проводимости. Концентрация примесных электронов
n
определяется количеством атомов фосфора, введённых в кремний.
Такой полупроводник имеет
n
- проводимость.
При введении в кремний трёхвалентного бора его атомы
образуют примесный уровень около потолка валентной зоны. В
результате захвата электронов из валентной зоны атомами бора в ней образуются свободные энергети-
ческие уровни. Обычно при комнатной температуре концентрация дырок определяется количеством
атомов примеси-акцептора.
Удельная проводимость полупроводника описывается соотношением
)(
pinii
pne
µ+µ=σ
, (5.1)
где
n
i
и
р
i
–
концентрации электронов и дырок в собственном полупроводнике; µ
n
, µ
p
– их подвижности.
Учитывая зависимость концентрации носителей заряда от температуры, получим
)2/exp(
0
kTE
gi
−σ=σ
, (5.2)
где σ
0
– константа;
E
g
–
ширина запрещённой зоны;
k
– постоянная Больцмана.
Логарифмируя (5.2), находим
T
k
E
g
i
1
2
lnln
0
−σ=σ
. (5.3)
В координатах
)1(ln
Тf
=σ
– это линейная зависимость, по углу наклона которой можно определить
ширину запрещённой зоны. В случае примесного полупроводника график будет иметь точку перелома,
Рис. 5.3. Зависимость
сопротивления твёрдых тел
от температуры:
1
– металлы;
2
–
полупроводники
и диэлектрики
R
, Ом
Т
, К
I
II

Страницы