пособие (774869)
Текст из файла
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИМОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)Постникова В.Н., Кузнецов С.Н., Каширин Ю.В.Учебное пособие к лабораторным работампо курсу«Материалы электронных средств»МОСКВА 2006 г.2УДК: 621.396.002.3, 621.382.049.77.002.3Учебное пособие к лабораторным работам по курсу «Материалыэлектронных средств»,/ В.Н.Постникова, С.Н.Кузнецов, Ю.В.Каширин Ю.В.– М.: 5– 44 с., 17 ил.Приводится описание лабораторных работ, в которых изучаютсяосновные свойства и параметры диэлектрических, полупроводниковых имагнитных материалов.
Содержатся краткие теоретические сведения.Для студентов радиотехнических специальностей.Рецензенты: Беневоленский С.Б., Хаимов В.З.3ВВЕДЕНИЕСборник лабораторных работ предназначен для проведения занятий покурсам «Химия радиоматериалов и элементная база РЭС», «Элементная базаи материалы РЭС», «Материалы электронных средств», читаемых студентамрадиотехнических специальностей.В основе всех лабораторных работ лежит анализ изменения параметровполупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов взависимости от воздействия на них внешних условий.
В каждуюлабораторную работу включены сведения о параметрах наиболее важныхматериалов и их основные характеристики (с ориентацией прежде всего наприменение в микроэлектронной аппаратуре).Лабораторные работы в полном объеме выполняются студентами всехрадиотехнических специальностей.Целью данных лабораторных занятий является закрепление студентамизнаний, о современных материалах радиоэлектронной техники, получаемыхна лекциях, ознакомление с методикой измерения их основных параметров ихарактеристик и приобретение навыков работы с измерительной техникой исправочными материалами.Авторы выражают благодарность Полякову К.А. за помощь приоформлении рукописи сборника.4Работа №1ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХМАТЕРИАЛОВ.Цель работы: - изучение зависимости удельной электропроводностиполупроводникового материала от температуры.Краткие теоретические сведения.Полупроводники по удельному сопротивлению (ρv = 10-5 –107 Ом*м)занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.При этом они обладают совокупностью специфических свойств, которые ивыделяют их среди других веществ.Для полупроводников характерна сильная зависимость значенияудельной проводимости от вида и количества примеси, от величины внешнихвоздействий – света, температуры, облучения ядерными частицами, давленияи т.д.Согласно зонной теории твердого тела у полупроводников междувалентной зоной и зоной проводимости имеется запрещенная зона.
Притемпературе абсолютного нуля и в отсутствии внешнего воздействия ихвалентная зона полностью заполнена, а зона проводимости свободна отэлектронов. К полупроводникам условно относят вещества с ширинойзапрещенной зоны ΔЕ =0,05 – 3 эВ.Собственными называют полупроводники, не содержащие донорныхи акцепторных примесей. Зонная диаграмма таких полупроводниковпредставлена на рис. 1.1.ΔΕЗона проводимостиЗапрещенная зонаВалентная зонаРис. 1.1При Т > 0 , в соответствии с законом Больцмана, валентные электронымогут отрываться от атомов и принимать участие в проводимостиполупроводника, т.е.
переходить из валентной зоны в зону проводимостичерез запрещенную зону. С уходом электрона в зону проводимости ввалентной зоне полупроводника остается свободным энергетическоесостояние, называемое дыркой, а сама валентная зона становится нео5полностью заполненной. Таким образом, в результате разрыва ковалентнойсвязи образуется пара свободных носителей заряда – электрон в зонепроводимости и дырка в валентной зоне, которые и создают собственнуюэлектропроводность полупроводника. Энергия, необходимая для разрываковалентнойсвязи,определяетсяширинойзапрещеннойзоныполупроводника.
Для кремния она составляет 1,12 эВ.Примесные полупроводники в отличии от собственных, содержатдонорные или акцепторные примеси.Если в полупроводник 4-ой группы таблицы Менделеева ввести вкачестве примеси элемент 5-ой группы, например мышьяк (As), то атомупримеси для завершения ковалентных связей с атомами основного веществанеобходимо четыре валентных электрона. Пятый электрон атома примесисвязан со своим атомом силой кулоновского взаимодействия.
Энергия этойсвязи невелика (0,01 эВ - 0,05 эВ). Так как тепловая энергия при 300оКсоставляет 0,03 эВ, то при комнатной температуре произойдет ионизацияпримесных атомов. Примесь, имеющую валентных электронов больше, чемнеобходимо для завершения связей между ближайшими атомами основноговещества, и в результате этого способную отдавать электроны, называютдонорной, а полупроводник с такой примесью – полупроводником сэлектронной электропроводностью или полупроводником n-типа. Такимобразом, энергетический уровень пятого валентного электрона на зоннойдиаграммерасполагается в запрещенной зоне вблизи дна зоныпроводимости и называется донорным уровнем (рис. 1.2).
Величина ΔЕдхарактеризует энергию, необходимую для возбуждения донорныхэлектронов.ΔΕдЗона проводимостиДонорный уровеньΔΕЗапрещенная зонаВалентная зонаРис. 1.2Если в полупроводник 4-ой группы таблицы Менделеева ввести вкачестве примеси элемент 3-ей группы, например, бор (В), то все тривалентных электрона примесного атома будут участвовать в образованииковалентных связей. При этом одна из четырех связей с ближайшимиатомами основного вещества окажется незавершенной.6Примесь, имеющую валентных электронов меньше, чем этонеобходимо для завершения связей между ближайшими атомами основноговещества, и вследствие этого способную захватить электроны соседнейсвязи, называют акцепторной, а полупроводник с такой примесью –полупроводником с дырочной электропроводностью или полупроводникомр-типа.Для того чтобы образовалась свободная дырка, необходима энергияменьшая, чем для разрыва ковалентной связи.
Значит, локальныеэнергетические уровни акцепторной примеси расположены в запрещеннойзоне полупроводника вблизи потолка валентной зоны. Таким образомэлектроны из валентной зоны переходят на акцепторный уровень (Рис. 1.3).При этом в валентной зоне образуется дырка. Положительно заряженный ион(дырка) может заимствовать электрон от любого соседнего атома, чтоприведет к перемещению дырки по кристаллу. Величина ΔЕа характеризуетэнергию, необходимую для образования «свободной» дырки.Зона проводимостиΔΕΔΕаЗапрещенная зонаВалентная зонаРис. 1.3В таблице 1.1 сведены основныеполупроводниковой технологии.ПримесьПроводимостьДонорнаяАкцепторнаяСобственнаяЭлектроннаяДырочнаяАкцепторный уровеньтерминыиспользуемыевТаблица 1.1Основные носителиПолупроводникзарядаЭлектроны и дыркиСобственныйЭлектроныn - типаДыркиp - типаОсновные параметры полупроводниковых материалов.1.
ΔЕ - ширина запрещенной зоны. Измеряется в электроновольтах ихарактеризует энергию, необходимую на разрыв связей и освобожденияэлектрона. У существующих полупроводников ΔЕ <3 эВ. Так, например, угермания (Ge) ΔЕ = 0,67 эВ, у кремния (Si) ΔЕ = 1,11 эВ.2. ρv - удельное сопротивление и обратная ей величина γ -удельнаяэлектропроводность принадлежат к наиболее часто измеряемым7параметрам в полупроводниковом производстве.
Измерения проводятся накаждой пластине в нескольких точках, что позволяет судить об однородностиматериала. У существующих полупроводников ρv составляет от 10-5 до 10+7Ом*м.3. μ – подвижность носителей заряда. Если концентрацияносителей отражает их количество в единице объема и определяетпроводимость полупроводника, то качество носителей характеризуетсяподвижностью, т.е. скоростью дрейфа в электрическом поленапряженностью 1 В/м:μ = V/E[ м2/(В·с)](1.1)где: V – скорость дрейфа зарядов;Е – напряженность электрического поляПодвижность носителей - важный параметр, определяющийбыстродействие приборов.В технологии полупроводников величина подвижности служиткритерием чистоты и структурного совершенства материала.
Подвижностьизмеряется при температуре жидкого азота (770К), когда "замораживаются"тепловые колебания атомов решетки и величина ее в чистых образцах резко(в 5-10 раз) увеличивается. В менее чистых образцах доля рассеяния напримесях больше, чем в чистых, и поэтому рост подвижности с понижениемтемпературы невелик.С увеличением концентрации легирующей примеси подвижностьпадает, так как ионизированные атомы примеси являются такими жецентрами рассеяния, как и атомы загрязняющих примесей.Произведение подвижности носителей на их концентрацию даетудельную электропроводность:γ = μne(1.2)где: n – концентрация носителей,μ - подвижность носителей,e- заряд электрона.Зависимость γ от температуры.Удельнаяэлектропроводностьполупроводникаопределяетсяконцентрацией и подвижностью свободных носителей заряда, значениякоторых зависят от температуры.
Причем для концентрации свободныхносителей заряда характерна экспоненциальная температурная зависимость,а для подвижности – степенная. Учитывая, что степенная зависимость слабее8экспоненциальной, т.е., иными словами, концентрация носителей зарядовзависит от температуры в большей степени, чем подвижность, то можнозаписать:γ = Αe- ΔΕ / 2ΚΤ(1.3)где: А – предэкспоненциальный множитель, слабо зависящий оттемпературы.К - постоянная Больцмана, К = 8,6*10-5 эВ/К.Т – температура.Эту зависимость удобно анализировать в графическом виде, используякоординаты Аррениуса ln γ = f(1/Τ) , в которых она имеет вид прямой линии.Рис.1.4На рис. 1.4 показаны зависимости ln γ = f(1/Τ) для собственныхполупроводников: германия (Ge), кремния (Si) и арсенида галлия (GaAs).
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}
