Основы физики и химии полупроводников. Яценко О.Б - 8 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

8
Кремний. В настоящее время кремний – главный полупроводнико-
вый материал в области твердотельной микроэлектроники. Преимущество
кремния перед германием заключается в большей ширине запрещенной
зоны. Поэтому кремниевые приборы могут работать при более высоких
температурах. Если рабочая температура германиевых приборов не пре-
вышает 60 – 80 ºС, то кремниевые диоды могут работать вплоть до 200 ºС.
Чистый кремний имеет металлический блеск, обладает хрупкостью.
Основные физические свойства кремния и германия приведены в табл. 2.
Таблица 2
Подвижность носителей
тока, см
2
/ В⋅с
Плотность,
г/см
3
Температура
плавления,
ºС
Ширина
запрещенной
зоны
(при 300 К), эв
элек-
тронов
дырок
Si 2,328 1421 1,21 1500 480
Ge 5,323 937 0,78 3900 1900
Кремний кристаллизуется в кубической решетке (структурный тип
алмаза) с восемью атомами в элементарной ячейке.
Ширина запрещенной зоны у кремния при абсолютном нуле равна
1,21 эВ и с повышением температуры уменьшается:
∆Е = 1,21 – 3,6 ⋅ 10
–4
Т [эВ].
Ввиду высокого значения ширины запрещенной зоны собственное со-
противление кремния составляет около 10
5
ом ⋅ см, и кремний такой чисто-
ты не должен содержать примесей более 10
8
см
–3
. Эмпирическая зависи-
мость холловской подвижности электронов U
n
и дырок U
p
от температуры
выражается формулами:
U
n
= 4,0 ⋅ 10
9
⋅ Т
– 2,6
[см
2
/ В⋅ с] и
U
p
= 1,5 ⋅ 10
8
⋅ Т
– 2,3
[см
2
/ В⋅ с].
При 300 К U
n
= 1500 и U
р
= 480 см
2
/в
⋅
с. Как видно из приведенных
формул, температурная зависимость подвижности носителей тока в крем-
нии не подчиняется закону Т
–3/2
. Это связано со сложной структурой энер-
гетических зон в кремнии. Поскольку подвижность электронов больше
подвижности дырок, знак эффекта Холла и термо-э.д.с. в кремнии соответ-
ствует проводимости n-типа.
Элементы III группы (В, Al, Ga) создают в кремнии акцепторные
уровни на расстоянии около 0,05 эВ от потолка валентной зоны. Энергия
ионизации одних и тех же примесей в кремнии больше, чем в германии.

Страницы