Shpora_teoria_2 (1261479)
Текст из файла
1. Зонная теория твердых тел. Структура зон в металлах, полупроводниках и диэлектриках.На валентные электроны в кристалле действует периодическое поле решетки, что приводит ктому, что спектр возможных значении энергии валентных электронов распадается на рядчередующихся разрешенных и запрещенных зон. В пределах разрешенных зон энергияизменяется квазинепрерывно. Значения энергии, принадлежащие запрещенным зонам, не могутреализоваться.Валентной зоной (в случае металла ее также называют зоной проводимости) называютразрешенную зону, возникшую из того уровня, на котором находятся валентные электроны восновном состоянии атома.
В случае металлов электроны заполняют валентную зону неполностью, поэтому достаточно сообщить электронам совсемнебольшую энергию (10−22 эВ), чтобы перевести их на более высокие уровни. В случаяхполупроводника и диэлектрика уровни валентной зоны полностью заняты электронами. Для тогочтобы увеличить энергию электрона необходимо сообщить ему кол-во энергии ≥, чем шириназапрещенной зоны. Если эта ширина невелика (несколько десятых эВ), то энергиитеплового движения оказывается. достаточно.Свободная зона окажется для них зоной проводимости. Такое в-во - полупроводник.
Если шириназапрещенной зоны порядка нескольких эВ, тепловое движение не сможет забросить в свободнуюзону заметное число электронов. В этом случае кристалл - диэлектрик.2. Квантовые распределения Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Их предельный переход вклассическое распределение Максвелла-Больцмана.Идеальный газ из бозонов - бозе-газ - описывается квантовой статистикой БозеЭйнштейна.Распределение Бозе-Эйнштейна — закон, выражающий распределение частиц по энергетическимсостояниям в бозе-газе: при статистическом равновесии и отсутствии взаимодействия среднеечисло частиц в -м состоянии с энергией , равно:1< >= − ферми ()−1Здесь — постоянная Больцмана. - термодинамическая (абсолютная) температура.Идеальный газ из фермионов - ферми-газ - описывается квантовойстатистикой Ферми-Дирака.Распределение Ферми-Дирака - закон, выражающий распределение частиц по энергетическимсостояниям в ферми-газе: при статистическом равновесии и отсутствии взаимодействия среднеечисло частиц в -м состоянии с энергией , равно:1< >= − ферми ()+1 −При высоких температурах.
когда ( ферми ) ≫ 1 оба распределения Бозе-Эйнштейна иФерми-Дирака переходят в классическое распределение Максвелла-Больцмана < >=( ) где, = ( ферми). Таким образом, при высоких температурах оба "квантовых" газаведут себя подобно классическому газу.3.Контактные явления в полупроводниках. P-n-переход, его вольтамперная характеристика.Если привести два разных полупроводника в соприкосновение, между ними возникает контактнаяразность потенциалов. Она обусловлена переходом части электронов из одного полупроводника′в другой. Внешняя разность потенциалов: 12 = 2 −1 .
Внутренняя разность потенциалов: 12=1 −2Полупроводниковым p-n- переходом называют тонкий слой, образующийся в месте контакта двухобластей полупроводников акцепторного и донорного типов. Обе области полупроводника,изображенные на рисунке, электрически нейтральны, поскольку как сам материалполупроводника, так и примеси электрически нейтральны. Отличия этих областей - в том, чтолевая из них содержит свободно перемещающиеся дырки, а правая свободно перемещающиесяэлектроны.В результате теплового хаотического движения одна из дырок из левой области p-типа можетпопасть в правую область n-типа, где быстро рекомбинирует с одним из электронов.
В результатеэтого в правой области появится избыточный положительный заряд, а в левой области избыточный отрицательный заряд .Аналогично, в результате теплового движения один изэлектронов из левой области может попасть в правую, где быстро рекомбинирует с одной издырок. В результате этого в правой области также появится избыточный положительный заряд, а влевой области - избыточный отрицательный заряд.ВАХ:На рисунке изображены зависимости тока основных и неосновных носителей при "обратном"включении внешнего напряжения , и построен участок ВАХ при ≤ 0Если продолжать увеличение напряжения обратной полярности, то при некоторомнапряжении , называемом напряжением пробоя, произойдет пробой p-n-перехода.4.Примесная проводимость полупроводников. Концентрация основных и неосновныхносителей в полупроводниках n-типа. Уровень Ферми примесного полупроводника n-типа.Температурная зависимость проводимости примесного полупроводника n - типа.Некоторые примеси даже при малых их концентрациях очень сильно изменяют проводимостьполупроводника.
Такие примеси приводят к появлению избыточного количества или свободныхэлектронов, или дырок. Их на называют собственно донорными примесями(отдающими e) иакцепторными примесями(забирающими e).Получившийся после добавления донорных примесей полупроводник называют донорным(nтипа)Получившийся после добавления акцепторных примесей полупроводник называют акцепторными(p-типа)Донорные полупроводники - получаются при добавлении в полупроводник элементов, откоторых легко "отрывается" электрон(валентность больше как минимум на единицу). Тогдаэлектроны, не образовашие свободных связей легко отарвутся от атома и начинут относительносвободно перемещаться по кристаллу.
В таком случае в кристалле образуется избыток свободныхэлектронов. Электроны в донорном полупроводнике принято называть основными носителямизаряда, а дырки - неосновными носителями заряда.На языке зонной теории появление "легко отрывающихся" электронов соответствует появлениюв запрещенной зоне донорных уровней вблизи нижнего края зоны проводимости. Электрону дляперехода в зону проводимости с такого уровня требуется меньше энергии, чем для перехода извалентной зоны, чему соответствует уход электрона из обычной ковалентной связи.Уровень Ферми в донорном полупроводникесмещается вверх по шкале энергии, причем это смещениебольше при низких температурах, когда концентрациясвободных электронов значительно превышает числодырок.
При повышении температуры, уровень Фермисмещается в среднюю часть запрещенной зоныПри температурах порядка комнатной основной вкладв проводимость полупроводника будут давать электроны,перешедшие в зону проводимости с донорных уровней, вероятность же перехода электронов извалентной зоны будет очень мала.При увеличении температуры значительная часть электронов с малого числа донорных уровнейперейдет в зону проводимости, а вероятность перехода электронов из валентной зоны в зонупроводимости увеличится. Поскольку число уровней в валентной зоне много больше, чем числопримесных уровней, то с ростом температуры различие увеличивающихся концентрацийэлектронов и дырок станет менее заметно; они будут отличаться на малую величину концентрацию донорных уровней.
Донорный характер полупроводника при этом будет все менееи менее выражен. И, наконец, при еще большем повышении температуры концентрация носителейзаряда в полупроводнике станет очень большой, и донорный полупроводник станет аналогиченбеспримесному полупроводнику, а затем - проводнику, зона проводимости которого содержитмного электронов.5.Примесная проводимость полупроводников. Концентрация основных и неосновных носителейв полупроводнике р - типа.
Уровень Ферми примесного полупроводника р - типа. Температурнаязависимость проводимости примесного полупроводника р - типа.Некоторые примеси даже при малых их концентрациях очень сильно изменяют проводимостьполупроводника. Такие примеси приводят к появлению избыточного количества или свободныхэлектронов, или дырок.
Их на называют собственно донорными примесями(отдающими e) иакцепторными примесями(забирающими e).Получившийся после добавления донорных примесей полупроводник называют донорным(nтипа)Получившийся после добавления акцепторных примесей полупроводник называютакцепторными (p-типа)Акцепторные полупроводники - получаются при добавлении в полупроводник элементов,которые легко "отбирают" электрон у атомов полупроводника(валентность меньще как минимумна единицу). В таком случае в кристалле образуется избыток дырок.
Дырки в акцепторномполупроводнике принято называть основными носителями, а электроны - неосновными.На языке зонной теории переход электрона из полноценной ковалентной связи в связь снедостающим электроном соответствует появлению в запрещенной зоне акцепторных уровнейвблизи нижнего края зоны проводимости. Электрону для такого перехода из валентной зоны наакцепторный уровень (при этом электрон просто переходит из одной ковалентной связи в почтитакую же другую связь) требуется меньше энергии, чем для перехода из валентной зоны в зонупроводимости, то есть для "полного ухода" электрона из ковалентной связи.Уровень Ферми в акцепторном полупроводнике смещаетсявниз по шкале энергии, причем это смещение больше принизких температурах, когда концентрация дырок значительнопревышает концентрацию свободных электронов. Приповышении температуры, когда акцепторный характерполупроводника становится все менее и менее выраженным,уровень Ферми смещается в среднюю часть запрещеннойзоны.При температурах порядка комнатной основной вклад в проводимость полупроводника будутдавать дырки, образовавшиеся в валентной зоне после перехода валентных электронов наакцепторные уровни, вероятность же перехода электронов из валентной зоны в зону проводимостибудет очень мала.При увеличении температуры значительная часть малого числа акцепторных уровней окажетсязанятой электронами, а вероятность перехода электронов из валентной зоны в зону проводимостиувеличится.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
