Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Пояснения к работе. Типичная зависимость удельной проводимости полупроводника от напряженности электрического поля приведена на рисТипичная зависимость удельной проводимости полупроводника Pис. 1.1. Зависимость удельной проводимости Как видно из рис. 1.1, зависимость проводимости полупроводника γ от напряженности внешнего электрического поля не является линейной, j = γ Ε. (1.1) Сложность этой зависимости объясняется влиянием напряженности электрического поля как на подвижность носителей заряда, так и на их концентрацию. График на рис. 1.1 позволяет констатировать, что удельная электропроводность полупроводника при малых значениях напряженности не зависит от величины напряженности электрического поля (область I) и определяется выражениями: ‒ для собственного полупроводника γсоб = γn + γp = n × q × μn + n × q × μр; (1.2) ‒ для примесного полупроводника, имеющего, например, донорные примеси γ = γпр + γсоб = nq × q × μn + γсоб. (1.3) Здесь γп, γр – удельные электропроводности за счет электронов и дырок соответственно: n, р – концентрации электронов и дырок соответственно в единицах объема: nq – концентрация донорных примесей; q – заряд электрона; μn, μр – подвижности электронов и дырок соответственно. Эти выражения описывают электропроводность в области слабых электрических полей. При этом, как видно из рис. 1.1 и выражений (1.2) Область II на рис. 1.1 не может быть описана выражениями (1.1) и (1.2). Когда напряжённость электрического поля достигает величины Ек – критической напряженности, как видно из рис. 1.1, наблюдается отклонение от закона Ома, т. е. зависимость электропроводности от напряженности становится нелинейной. Объясняется это изменением подвижности и концентрации носителей заряда при воздействии сильных электрических полей. Таким образом, область II на рис. 1.1 – это область сильного электрического поля. Для значительного числа полупроводников величина Ек находится вблизи Е = 106 В/м. Следует отметить, что влияние напряженности поля на подвижность носителей заряда может приводить как к ее увеличению, так и к уменьшению. В области слабых полей, когда справедлив закон Ома, влияние поля на подвижность в основном сводится к изменению только направления скоростей носителей заряда (Ι). При больших напряженностях приращение абсолютного значения скорости становится соизмеримым с начальным значением тепловой скорости. Добавочная кинетическая энергия Эдоб, приобретаемая носителями заряда под действием электрического поля, определяется как , (1.4) где – средняя длина свободного пробега. Следовательно, влияние сильного поля на изменение подвижности носителей заряда будет зависеть от механизма рассеяния. Например, На практике же, вследствие значительного увеличения концентрации носителей заряда при возрастании напряженности поля, закономерность изменения электропроводности определяется в основном эффектом изменения концентрации носителей. Различают несколько механизмов увеличения концентрации носителей заряда в области сильных полей: · термоэлектронная ионизация; · ударная ионизация; · электростатическая ионизация. Термоэлектронная ионизация проявляется при напряженностях около 106 В/м. Так как внешнее электрическое поле изменяет потенциальные барьеры между атомами кристаллической решетки, то под действием сильного поля уменьшается высота потенциального барьера для электронов в направлении, противоположном направлению поля. Если рассматриваемый барьер относится к примесному атому, например донору, ,(1.5) где n 0 – равновесная концентрация электронов; k – постоянная Больцмана; Т – температура полупроводника. Из выражения (1.5) очевидно, что незначительные изменения δЭ или температуры вызывают существенные изменения концентрации носителей заряда. Ударная ионизация. Свободный электрон, ускоренный под влиянием сильного поля, может накопить энергию, достаточную для ионизации примесей, а затем возбудить электроны из узлов решетки материала. Ионизацию могут вызвать и дырки. Ударная ионизация сопровождается размножением носителей заряда, поскольку вновь рожденные электроны и дырки тоже ускоряются. Процессы ударной ионизации и рекомбинации носителей заряда приводят Электростатическая ионизация (туннельный эффект). Сущность эффекта состоит в том, что сильные электрические поля могут вызвать прямые электронные переходы между зоной проводимости и валентной зоной. Для этого требуются поля с напряженностью более 107 В/м. Условия для увеличения числа носителей заряда чаще всего создаются в тонких слоях полупроводников с повышенным сопротивлением. Сильному электрическому полю в полупроводниках соответствует большой наклон энергетических зон. При достаточно большом наклоне энергетических зон вероятен переход электрона из валентной зоны (и с локальных уровней примесей) в зону проводимостей через узкий потенциальный барьер ΔХ, т. е. возможно туннелирование электрона благодаря своим квантово-механическим свойствам. При этом увеличивается концентрация свободных носителей зарядов. Напряженности, при которых проявляется туннельный эффект различных материалов, разные, так как толщина потенциального барьера ΔХ зависит от ширины запрещенной зоны каждого из материалов. В качестве исследуемого полупроводникового материала в лабораторной работе используется варистор на основе порошкообразного карбида кремния (SiC). Изготавливаются варисторы путем высокотемпературного обжига заготовок из порошкообразного резистивного материала Применяют варисторы для стабилизации напряжений, умножения частоты, модуляции, в устройствах защиты от перенапряжений в следующих сферах: · бытовая электроника (телевизоры, микроволновые печи, радиоэлектронная аппаратура и др.); · устройства промышленной электроники (электродвигатели, тиристорные схемы управления, релейные схемы, схемы защиты); · аппаратура средств связи; · устройства обработки данных; · оборудование передачи электроэнергии; · системы электроснабжения. К основным характеристикам варисторов относятся: · вольтамперная характеристика (BAX) ; · классификационное напряжение варистора – это падение напряжения на нем при токе 1 мА; · рабочее напряжение (Operating voltage), В (для пост. тока Vdc · рабочий ток (Operating Current), А: диапазон – от 0,1 мА до 1 А; · максимальный импульсный ток (Peak Surge Current), А; · поглощаемая энергия (Absorption energy), Дж; · статическое сопротивление ; · динамическое сопротивление ; · коэффициент нелинейности ; · температурные коэффициенты изменений тока δI, напряжения δU, статического сопротивления δR: ; ; ; ● зависимости удельной электропроводности γ от напряженности электрического поля E. При этом электропроводность γ находится как (1.6) а напряженность – как , где l – толщина варистора, cм; S – площадь полупроводникового материала варистора, см (l = 2 мм, D = 11 мм).
|