Главная Случайная страница


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






Электропроводность примесных полупроводников





 

Концентрация носителей заряда при комнатных температурах в собственном полупроводнике невелика (ni»1010-3 для Si и ni»1013-3 для Ge). Такая концентрация не обеспечивает достаточной электропроводности. Для того, чтобы проводимость полупроводника стала приемлемой для практических целей в него вводят легирующую примесь – вещество другого химического состава, порождающее в полупроводнике электроны или дырки, дополняющую собственную концентрацию и значительно изменяющего его проводимость.

Полупроводник, который содержит в себе какое-либо количество легирующей примеси, называется примесным. Введение в четырехвалентный полупроводник пятивалентной примеси, например фосфора (Р) или мышьяка (As), позволяет получить донорную проводимость (полупроводник n-типа). Каждый атом донорной примеси имеет один лишний валентный электрон, который может быть легко оторван от примесного атома и стать свободным. Отдавая, таким образом, электроны в зону проводимости, атомы примеси n-типа заряжаются положительно, поэтому отрицательный заряд электрона в зоне проводимости скомпенсирован зарядом ионизованных донорных атомов и в целом полупроводник остается нейтральным. Введение трехвалентной примеси, например бора (В), позволяет получить полупроводник с акцепторной проводимостью (полупроводник p-типа). На внешней оболочке атомов таких примесей получается на один электрон меньше, чем у атомов полупроводника. Поэтому такой атом примеси может легко «захватить» соседний валентный электрон собственного атома. в результате в валентной зоне появится дырка, а сам ионизованный атом благодаря перешедшему электрону заряжается отрицательно.

В результате таких переходов в примесном полупроводнике концентрация электронов, как правило, не равняется концентрации дырок.

В состоянии теплового равновесия величины концентрации электронов и дырок должны подчиняться закону действующих масс

, (1.10)

где n0 и p0 – равновесные концентрации электронов и дырок.

В зависимости от типа полупроводника концентрацию электронов, дырок, примесных атомов принято обозначать в соответствии с таблицей 1.4.

Таблица 1.4 – Общепринятые обозначения для примесных полупроводников

Тип полу­проводника Концентрация нейтральных атомов примеси Концентрация ионизованных атомов примеси Концентрация электронов и их тип Концентрация дырок и их тип
Электронный ND nn Основные pn Неосновные
Дырочный NA np Неосновные pp Основные

 

Если в объеме полупроводника отсутствует электрическое поле, то тогда в каждой точке объема и в любой момент времени должно выполняться условие электронейтральности: сумма всех положительных зарядов должна равняться сумме всех отрицательных зарядов.

Энергетические диаграммы полупроводников n- и p -типа имеют вид в соответствии с рисунком 1.5.

В отличие от собственного полупроводника у полупроводника n-типа кривая распределения Ферми – Дирака и уровень Ферми смещаются вверх. Это объясняется тем, что атомы примеси обладают энергетическими уровнями, отличающимися от уровней собственного полупроводника. Пятивалентные примеси имеют энергетические уровни ED для «избыточных» валентных электронов вблизи зоны проводимости собственного полупроводника. Величина энергии ионизации (активации) донорной примеси E = EC — ED мала (около 0,05 эВ), поэтому уже при комнатной температуре почти все электроны с примесного уровня переходят в зону проводимости, т.е. происходит процесс ионизации примеси.

а) донорный полупроводник б) акцепторный полупроводник

Рисунок 1.5 – Энергетические диаграммы примесных полупроводников

 

Величина концентрации легирующей примеси в большинстве случаев значительно (на несколько порядков) превосходит собственную концентрацию. В таких условиях концентрация основных носителей - электронов в зоне проводимости полупроводника n-типа – определяется выражением:

, (1.11)

где — концентрация ионизированных атомов донорной примеси.

Концентрация неосновных носителей для полупроводника n-типа при термодинамическом равновесии находится на основе закона действующих масс:

(1.12)

У полупроводника p -типа кривая распределения Ферми — Дирака и уровень Ферми смещаются вниз в соответствии с рисунком 1.5. Трехвалентные примеси имеют энергетические уровни для «отсутствующих» валентных электронов вблизи валентной зоны собственного полупроводника. Величина энергии ионизации (активации) акцепторной примеси EАК,p = EA — EV также мала (около 0,05 эВ), поэтому электроны из валентной зоны легко переходят на примесный уровень. Примесь ионизуется, становится электрически активной. При этом в валентной зоне появляется большое число дырок.

Концентрация дырок в полупроводнике p -типа определяется выражением:

(1.13)

где – концентрация ионизированных атомов акцепторной примеси.

Концентрация неосновных носителей для полупроводника р -типа находится аналогично случаю проводника n -типа по закону действующих масс:

(1.14)

Для примесных полупроводников их удельная электропроводность, численно равная проводимости образца единичной длины и единичной площади, в общем случае может быть найдена на основе соотношения

. (1.15)

У полупроводника n -типа концентрация электронов значительно превышает концентрацию дырок nn>>pр, поэтому

. (1.16)

Для дырочного полупроводника наоборот, концентрация дырок значительно превосходит концентрацию электронов рр>>nn. Отсюда

. (1.17)

В собственном полупроводнике n=ni и p=ni. Следовательно

. (1.18)

И приведенных уравнений видно, что удельная электропроводность полупроводника полностью определяется концентрацией и подвижностью носителей заряда. Концентрация носителей зарядов в значительной степени зависит от температуры и поэтому может изменяться на большое число порядков. Подвижность отличается менее сильной температурной зависимостью, чем концентрация. И оба параметра зависят от концентрации легирующей примеси.

В результате термодинамические характеристики проводимости имеют качественный вид, в соответствии с рисунком 1.6, из которого следует, что монотонный рост проводимости от температуры наблюдается только у собственных полупроводников. Для обычных примесных полупроводников, из которых изготовляется абсолютное большинство современных полупроводниковых приборов, в области комнатной температуры имеется тенденция снижения проводимости с ростом температуры.

Рисунок 1.6 – Зависимость проводимости от температуры для различных типов полупроводников

 

Date: 2015-05-09; view: 1794; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию