Носители заряда в полупроводниках.

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ Характеристики ПОЛУПРОВОДНИКОВ

ПОЛУПРОВОДНИКИ

Виды и структура полупроводников.

К полупроводникам относятся вещества с удельной электропроводностью s в интервале 10-10

К полупроводникам относится большая группа веществ, но в производстве устройств употребляются только немногие, приемущественно, германий Ge, кремний Si, арсенид галлия GaAs и некие другие.

Структура полупроводников.

Кристаллическая решетка.

Используемые в электронике полупроводники имеют, обычно, монокристаллическую структуру, т.е. во всем Носители заряда в полупроводниках. объеме вещества атомы расположены в узлах строго определенной единой кристаллической решетки. Кристаллическая решетка состоит из огромного количества циклических и примыкающих друг к другу простых ячеек той либо другой формы и размера. В случае простейшей кубической решетки ребро простой ячейки – куба – является неизменной решетки.

В германии и кремнии атомы образуют Носители заряда в полупроводниках. кубическую решетку типа алмаза, где каждый атом связан с 4-мя наиблежайшими соседями ковалентной связью. Для наглядности эту решетку можно представить в виде плоской модели (рис.1.1а), где двойные черточки, связывающие атомы, показывают ковалентную хим связь, образованную 2-мя электронами.

Недостатки решетки.

Структура кристалла никогда не бывает безупречной, всегда имеются недостатки Носители заряда в полупроводниках. решетки и дислокации (смещения плоскостей решетки).

Недостатки точечного типа могу иметь вид пустого узла (недостаток по Шоттки), совокупы пустого узла и междуузельного атома (недостаток по Френкелю) либо чужеродного атома – примеси. Хоть какой реальный кристалл содержит примеси – или паразитные, от которых не удается избавиться при чистке, или полезные, которые вводятся Носители заряда в полупроводниках. специально для получения подходящих параметров кристалла. Примеси могут размещаться или меж узлами решетки (примесь внедрения), или в самих узлах заместо главных атомов (примесь замещения).

Поверхность кристалла.

На поверхности кристалла часть ковалентных связей оказывается разорванной, что приводит к нарушению энергетического равновесия. Равновесие восстанавливается разными способами: может поменяться расстояние меж атомами в Носители заряда в полупроводниках. приповерхностном слое; может произойти захват – адсорбция – чужеродных атомов либо молекул; может образоваться хим соединение (к примеру, окисел), не имеющее незаполненных связей на поверхности, и т. п. В любом случае структура узкого приповерхностного слоя (шириной несколько нанометров) отличается от структуры основного объема кристалла и этот слой следует рассматривать Носители заряда в полупроводниках. как необыкновенную область кристалла.

Носители заряда в полупроводниках.

В полупроводниках есть два вида носителей заряда – электроны и дырки. В структуре на рис.1ан нет свободных носителей заряда – все электроны связаны с атомами и не могут передвигаться по кристаллу, вещество не проводит электронный ток, т.е. является диэлектриком. Но такое положение существует Носители заряда в полупроводниках. только при абсолютном нуле температуры. С ростом температуры растет энергия колебательных движений атомов, и некая часть электронов приобретает энергию, достаточную для отрыва от атома. Оторвавшийся электрон может свободно передвигаться по кристаллической решетке. В том месте, откуда выбит электрон, появляется некомпенсированный положительный заряд, равный заряду электрона. Это и Носители заряда в полупроводниках. есть дырка. Она также может свободно передвигаться по кристаллу за счет перескока валентного электрона с примыкающих атомов, в итоге дырка оказывается у примыкающего атома и дальше этот процесс повторяется. В итоге появляется электронно-дырочная пара, как показано на рис.1б, где дырка обозначена маленьким светлым кружком, электрон – темным. Этот процесс Носители заряда в полупроводниках. принято обрисовывать как итог столкновения электрона с фононом. Фонон – квант энергии колебательных движений атомов кристаллической решетки. При столкновении фонон исчезает, его энергия передается электрону.

Процесс образования электронно-дырочных пар под действием термического движения именуется термогенерацией. Вместе с термогенерацией идет и оборотный процесс – рекомбинация, - когда свободный электрон соединяется с Носители заряда в полупроводниках. дыркой и восстанавливается валентная связь, пара носителей исчезает.

Собственные и примесные полупроводники.

Свой полупроводник – беспримесный и бездефектный полупроводник с безупречной кристаллической решеткой. В своем полупроводнике электроны и дырки всегда образуются парами и их концентрации и равны:

ni=pi

Тут n и p - концентрация электронов и дырок соответственно, индексом “i” обозначают Носители заряда в полупроводниках. свойство, относящееся к собственному полупроводнику.

Примесные полупроводники содержат атомы сторонних частей, интегрированные в кристаллическую решетку. Примеси специально вводят в полупроводник для конфигурации его электрофизических параметров (этот процесс именуется легированием). В примесных полупроводникахконцентрации электронов и дырок могут отличаться на много порядков.

Примеси бывают донорные, акцепторные и нейтральные.

Для 4 валентных простых полупроводников, таких Носители заряда в полупроводниках. как германий и кремний, донорными примесями являются атомы пятивалентных частей, таких как фосфор P, мышьяк As, сурьма Sb, акцепторными – атомы трехвалентных частей: бор B, индий In, галлий Ga, алюминий Al.

Встраиваясь в решетку, атомы 5 валентных частей образуют четыре связи с наиблежайшими соседями, 5-ый электрон оказывается излишним. Он не участвует в образовании хим связи и слабо Носители заряда в полупроводниках. связан с атомом примеси, просто отрывается от него и становится свободным. К примеру, P®P++e- В узле решетки остается положительно заряженный ион примеси. Он агрессивно закреплен в решетке и не может передвигаться по кристаллу. В полупроводнике с донорной примесью основными носителями заряда являются электроны. Его именуют Носители заряда в полупроводниках. полупроводником с электрической проводимостью либо полупроводником n-типа.

При внедрении 3-х валентного атома у него не хватает 1-го электрона для образования 4 связей. Недостающий электрон может быть захвачен у примыкающего атома, у которого появляется дырка. Атом примеси преобразуется в отрицательный ион, к примеру, In®In-+h+(h+ -дырка). В полупроводнике с Носители заряда в полупроводниках. акцепторной примесью основными носителями заряда являются дырки и его именуют полупроводником с дырочной проводимостью либо полупроводником p-типа.

Нейтральные примеси не изменяют концентрацию носителей заряда.


norvezhskij-elkhund-dannoe-posobie-prednaznacheno-dlya-studentov-zooinzhenernih-i-veterinarnih-fakultetov-vuzov-specializiruyushihsya.html
nos-vieilles-villes-malades.html
nosikov-r-ocherednaya-popitka-unichtozhit-semyu-zakon-o-legalizacii-gej-brakov-vo-francii-vizval-massovie-protesti-3.html