Материалы электроники и электротехники. Королёв А.П - 22 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Кроме двуокиси олова, высокой электрической проводимостью и прозрачностью в видимой области спектра обладают
плёнки окиси индия In
2
O
3
. Они имеют аналогичное применение.
3. ПОЛУПРОВОДНИКИ И ИХ СВОЙСТВА
К полупроводникам относятся материалы с электронно-дырочной проводимостью, удельное сопротивление которых
при нормальной температуре находится между значениями удельного сопротивления проводников и диэлектриков.
Основной особенностью полупроводников является значительная зависимость их свойств от различных внешних факторов:
температуры, освещения, электрического и магнитного полей, внешнего давления и т.д. В отличие от металлов
полупроводники в широком диапазоне температур имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. В
энергетических спектрах полупроводников имеется область запрещённых энергий, в которой не может быть электронных
состояний. Разрешённые состояния образуют разрешённые энергетические зоны выше и ниже области запрещённых
энергий. Верхнюю из разрешённых зон, полностью заполненную электронами при абсолютном нуле, называют валентной
зоной. За ней следует запрещённая зона, а следующая разрешённая зона – зона проводимости. Она пуста при абсолютном
нуле и имеет электроны проводимости (частично заполнена) при температуре отличной от нуля. Упрощённая энергетическая
диаграмма полупроводника изображена на рис. 3.1. В собственном полупроводнике уровень Ферми E
F
находится в середине
запрещённой зоны. E
C
– дно зоны проводимости, E
V
– потолок валентной зоны, между E
C
и E
V
находится запрещённая зона.
В отличие от металлов, где свободные электроны существуют всегда, в полупроводниках электроны, чтобы стать
свободными, должны преодолеть запрещённую зону и попасть в зону проводимости.
Рис. 3.1. Энергетические зоны собственного полупроводника
Свойства полупроводников очень сильно зависят от содержания примесей, даже в малых количествах. От наличия
примеси зависит не только величина проводимости, но и характер её температурной зависимости.
3.1. СОБСТВЕННЫЕ И ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ.
ОСНОВНЫЕ И НЕОСНОВНЫЕ НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА
Собственные полупроводники
– это полупроводники, в которых можно пренебречь влиянием примесей на
электропроводность при данной температуре ввиду их малого количества. В них отсутствуют легирующие элементы,
которые вводят на этапе выращивания кристалла для обеспечения нужной величины удельного сопротивления.
При температурах, отличных от нуля, некоторые из электронов за счёт тепловых флуктуаций преодолевают
потенциальный барьер и оказываются в зоне проводимости. В собственном полупроводнике при переходе электрона в зону
проводимости в валентной зоне образуется дырка – положительный заряд, по модулю равный заряду электрона. Благодаря
существованию дырок электроны валентной зоны тоже принимают участие в процессе электропроводности за счёт перехода
по дыркам на более высокие разрешённые уровни валентной зоны. Таким образом, в этой зоне дырки движутся навстречу
электронам, неся положительный заряд и обладая некоторой эффективной массой.
Чем выше температура и меньше ширина запрещённой зоны, тем выше скорость тепловой генерации носителей заряда
– электронов и дырок. Одновременно с генерацией в полупроводнике происходит противоположный процесс –
рекомбинация, т.е. возвращение электрона в валентную зону и исчезновение пары свободного электрона и дырки.
Примесные полупроводники, или легированные – это полупроводники, содержащие донорные или акцепторные атомы
или стехиометрически избыточные атомы в количестве, сравнимом с количеством собственных носителей заряда.
Количеством примесей в полупроводниках и положением примесных уровней в запрещённой зоне существенно
определяются кинетические явления в полупроводниках, в том числе величина и тип проводимости, а также оптические
свойства полупроводниковых мате-риалов.
Примеси в полупроводниках – это инородные атомы, растворённые в полупроводниках. Примеси в полупроводниках
либо замещают в кристаллической решётке атомы основного вещества, образуя твёрдые растворы замещения, либо
располагаются в междоузлиях, образуя твёрдые растворы внедрения.
Эне
р
гия
E
V
E
C
E
F

Страницы