Главная » Просмотр файлов » Г.П. Яровой, П.В. Тяпухин, В.М. Трещев, В.В. Зайцев, В.И. Занин - Основы полупроводниковой электроники

Г.П. Яровой, П.В. Тяпухин, В.М. Трещев, В.В. Зайцев, В.И. Занин - Основы полупроводниковой электроники (1055330), страница 6

Файл №1055330 Г.П. Яровой, П.В. Тяпухин, В.М. Трещев, В.В. Зайцев, В.И. Занин - Основы полупроводниковой электроники (Г.П. Яровой, П.В. Тяпухин, В.М. Трещев, В.В. Зайцев, В.И. Занин - Основы полупроводниковой электроники) 6 страницаГ.П. Яровой, П.В. Тяпухин, В.М. Трещев, В.В. Зайцев, В.И. Занин - Основы полупроводниковой электроники (1055330) страница 62017-12-27СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Действительно, несмотря на то, что к электронам полупроводника в принципе необходимо применять статистикуФерми, большая часть электронов, с которыми мы имеем дело, находится на уровнях, отстоящих от уровня Ферми на зна42чительном (по сравнению с kT) расстоянии и потому подчиняется распределению Максвелла−Больцмана. Именно поэтой причине, как мы увидим далее, старая теория свободныхэлектронов Друде−Лоренца, установленная первоначальнодля металлов, вполне применима к полупроводникам, хотя,как сейчас известно, к металлам она как раз неприменима.3.4. Собственные полупроводникиСобственные свойства полупроводника проявляютсятолько тогда, когда он достаточно хорошо очищен.

Требуемаястепень чистоты зависит от ширины зоны и температуры.Так, германий, имеющий при комнатной температуре запрещенную зону шириной 0,665 эВ, будет вести себя как чистыйполупроводник только в случае наличия в нем примесей в количестве меньшем, чем одна часть на 1010. У кремния (ширина запрещенной зоны 1,12 эВ) при такой температуре требуемое отношение еще больше: одна часть на 1013. Для приготовления полупроводниковых кристаллов такой высокой чистоты разработаны специальные методы.Проводимость полупроводника определяется занятостьюсостояний как нижней, валентной, зоны, так и верхней – зоныпроводимости. При обычных температурах полупроводникобладает проводимостью и этим отличается от изолятора.Выясним причины, приводящие к изменению занятости состояний как функции температуры в обеих зонах.Как установлено ранее, зонная структура полупроводников такова, что число разрешенных состояний в валентнойзоне точно соответствует количеству покидающих ее валентных электронов.

При абсолютном нуле в идеальном полупроводнике валентные электроны будут занимать все состоянияв валентной зоне, а зона проводимости становится незаселенной. Причина непроводимости кристалла заключается в следующем. Под действием приложенного электрического поляне изменяется число состояний в валентной зоне, поскольку43плотность состояний задана формой зон Бриллюэна и электронной структурой твердого тела.

Нет изменений и в заселенности уровней, так как все состояния уже заняты, а внутренние переходы между состояниями не имеют физическогосмысла из-за неразличимости электронов. В то время как втеории свободных электронов электрическое поле приводит кизменению общего импульса, в зонной модели это не наблюдается. Ускоренные вблизи границы зоны электроны отражаются к противоположной границе, и потому распределениеимпульсов остается прежним.В полупроводнике при обычной температуре тепловоевозбуждение приводит к перебросу части электронов изверхней части валентной зоны (через запрещенную зону) надно зоны проводимости.

Это эквивалентно разрушению некоторых валентных связей в кристалле. При комнатной температуре величина тепловой энергии kT=0,026 эВ; у электронов энергии распределяются вокруг этого среднего значения.Поскольку величина ширины запрещенных зон полупроводников находится в пределах 0,1-2 эВ, количество перешедших в зону проводимости электронов очень мало. Это, в частности, справедливо для полупроводников с большой запрещенной зоной.

У полупроводников с запрещенной зонойбольшей, чем 1 эВ, занятость состояний будет определятьсяуровнем всегда присутствующих примесей, а не собственными тепловыми носителями. Как увидим далее, с увеличениемтемпературы вследствие теплового возбуждения наблюдаетсяэкспоненциальный рост концентрации носителей заряда.

Всвязи с этим возникают вакантные состояния в валентной зоне, т.е. концентрация дырок, равная по величине концентрации электронов в зоне проводимости.Переход электронов в зону проводимости создает необходимое условие для проявления электропроводности при наличии электрического поля. Прежде всего, рассмотрим электроны в зоне проводимости. Здесь ситуация похожа на случай с металлом, в котором электроны проводимости занимают состояния по соседству с пустыми состояниями, отве44чающими большей энергии. Во внешнем электрическом полепоявляется направленное изменение электронного импульса.Скорость дрейфа определяется электрическим полем и подвижностью электронов, задаваемой величиной эффективноймассы в данной зоне. Ситуация здесь отличается от ситуации,наблюдаемой в металле. Во-первых, концентрация электронов очень низкая, так что существенны только состояния,близкие ко дну зоны проводимости, т.е.

к границе зоны ЕC.Во-вторых, низкая степень заселения уровней означает, чтоздесь больше подходит статистика Максвелла−Больцмана,чем Ферми−Дирака, применявшаяся в теории свободныхэлектронов металла.В общую электропроводность, кроме электронов из зоныпроводимости, вносят вклад свободные состояния на вершине валентной зоны.

Эффективная масса дырки отличается отэффективной массы электрона, и они обе изменяются от одной энергетической зоны к другой. Поскольку у электронов идырок подвижности различные, то и вклад каждой зоны вобщую электропроводность будет разный.3.5. Электроны и дырки.Доноры и акцепторыИтак, с уходом электрона в одной из валентных связейпоявляется "вакантное" место, которое может быть занятоодним из валентных электронов соседних связей. На зонноймодели такой переход электрона из заполненной связи в дефектную изображается переходом электрона внутри валентной зоны на освободившийся уровень.Естественно, что при переходе электрона из заполненнойсвязи в дефектную дефектная связь заполняется, а заполненная связь становится дефектной.

Переход электрона соответствует перемещению дырки в обратном направлении. Дефект(дырка) будет при этом перемещаться из связи в связь. Вместес этим из связи в связь будет перемещаться и положительный45заряд. Процесс этот будет носить случайный характер, траектория движения дырки будет подчиняться законам хаотического движения. Однако это будет иметь место только в томслучае, если в кристалле отсутствует электрическое поле. Если поместить кристалл в электрическое поле, то переходыэлектронов из связи в связь, при которых дырка (положительный заряд) перемещалась бы вдоль линий электрического поля, станут более вероятными.Направленное перемещение положительного заряда −дырки − в электрическом поле уже есть протекание электрического тока.

Строго говоря, носителями заряда и в этом случае являются электроны. Перенос тока осуществляется засчет поочередного перехода электронов из одной связи в другую, т.е. за счет поочередного перемещения валентных электронов в валентной зоне. Однако практически гораздо удобнее рассматривать непрерывное движение положительногозаряда, образующегося в дефектной связи, чем поочередноедвижение электронов из связи в связь.Представление о дырке используется не только в упрощенном изложении механизма электропроводности. Математический анализ поведения валентных электронов также упрощается, если рассматривать эквивалентное перемещениеположительного заряда. В конце концов, положительный заряд дырки не является математической абстракцией, а существует реально и наблюдается в ряде физических экспериментов.

Определенным допущением является лишь представление о движении дырки как о непрерывном перемещении впространстве некоторого сосредоточенного заряда.Не следует смешивать дырку с ионом, например, в электролите. В электролите ионизированный атом перемещаетсяв пространстве. В кристаллической решетке атомы не перемещаются и стационарно расположены в узлах решетки.Движение дырки есть поочередная ионизация неподвижных атомов.Таким образом, нарушение валентной связи за счет тепловой энергии приводит к появлению в кристалле полупровод46ника двух свободных носителей заряда: отрицательного единичного заряда − электрона, и противоположного ему по знаку положительного единичного заряда − дырки. Электропроводность, возникающая в кристалле полупроводника за счетнарушения валентных связей, называется собственной электропроводностью.Необходимо заметить, что все процессы, которые мырассматривали выше, являются, вообще говоря,обратимыми.Наряду с переходами электронов с нижних уровней на болеевысокие происходят и обратные переходы электронов с более высоких уровней на более низкие.

Электроны при этомтеряют энергию, отдавая ее кристаллической решетке илиизлучая электромагнитные колебания. Особое внимание обратим на то, что одновременно с генерацией пар электрон −дырка происходит и процесс восстановления нарушенныхсвязей. Свободный электрон при этом возвращается в нарушенную связь, т.е. переходит из зоны проводимости в валентную зону, заполняя в ней один из свободных уровней.Пара электрон − дырка при этом исчезает. Такой процесс носит название рекомбинации.EECEVРис. 3.4. Генерационно-рекомбинационные процессы в собственном полупроводнике47При некоторой установившейся температуре кристаллнаходится в состоянии термодинамического равновесия.Процесс генерации уравновешивается процессом рекомбинации.

В единичном объеме полупроводника все время имеется некоторое определенное для данного полупроводника иданной температуры количество свободных носителей заряда(количество носителей зарядов в единичном объеме, например, в 1 см3, называется концентрацией). С повышениемтемпературы число пар, генерируемых в единицу времени,возрастает. Однако повышение концентрации свободных носителей приводит к повышению вероятности рекомбинации.Число рекомбинаций в единицу времени также возрастает.

Характеристики

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6358
Авторов
на СтудИзбе
311
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее