пособие (774869), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Изграфиков видно, что чем шире запрещенная зона, тем ниже располагаетсяпрямая, т.е. тем ниже удельная электропроводность при одной и той жетемпературе.Температурная зависимость lnγ = f(1/Τ) для примесныхполупроводников приведена на рис. 1.5.Рис.1.59Из-за малых значений ΔЕд рост электропроводности проявляется вобласти низких температур (участок 1 на рис.1.5) за счет увеличенияконцентрации свободных носителей заряда. В этом диапазоне температур вполупроводнике n-типа происходит переход электронов с донорного уровняв зону проводимости, а в полупроводнике p-типа – из валентной зоны наакцепторный уровень. Процесс возрастания γ с повышением температурыпроисходит до тех пор, пока не ионизируются все атомы примесей.Собственная же электропроводность полупроводника еще не проявляется.
Вэтих условиях концентрация свободных носителей практически оттемпературы не зависит и характер изменения γ определяется зависимостьюподвижности носителей заряда от температуры. Подвижность носителейзаряда с ростом температуры падает из-за усиления колебаний атомовкристаллической решетки, которые являются центрами рассеяния свободныхносителей заряда (участок 2). В кремнии эта область приходится на диапазон–150 - +1500 С.
Именно в этом диапазоне температур, т.е. на участке 2работают полупроводниковые приборы. Резкое увеличение удельнойэлектропроводности при дальнейшем росте температуры объясняетсяначалом генерации электронно-дырочных пар и соответствует областисобственной электропроводности (участок 3). При таких температурахпроисходит потеря работоспособности приборов на p-n переходах. Изграфика на рис.1.5 видно, что предельная максимальная рабочая температураполупроводниковых приборов определяется шириной запрещенной зоныполупроводникового материала.Полупроводниковые материалыГерманий (Ge) является одним из первых полупроводников,получивших широкое применение в серийном производстве различныхполупроводниковых приборов.
Его используют при производствевыпрямительных и импульсных диодов, различных видов транзисторов,фотодиодов, фоторезисторов, детекторов инфракрасного излучения и.д.Диапазон рабочих температур этих приборов от –60оС до 80 о С.Германий обладает кубической решеткой . По внешнему виду благодаряхарактерному блеску он напоминает металл.
Его кристаллы очень тверды ихрупки. Сравнительно высокая стоимость германия объясняется сложностьюполучения исходного сырья.Собственное удельное сопротивление германия составляет ρv=0,47Ом· м.Германий, используемый для изготовления полупроводниковыхприборов, не должен содержать случайных примесей больше 5х10 -9 %.Наиболее распространенным способом очистки германия является методзонной плавки.Кремний (Si) является самым распространенным элементом в земнойкоре после кислорода, его содержание в ней 28%. Однако в свободном10состоянии в природе он не встречается. Его соединениями являются такиераспространенные природные материалы, как кремнезем и силикаты.Кремний применяют для изготовления различных диодов итранзисторов, стабилитронов, фотодиодов, датчиков Холла и многих другихполупроводниковых приборов. Кремний используется при изготовленииинтегральных схем.
Практически 98% полупроводниковых интегральныхсхем, в настоящее время, выполняются на основе кремния.Собственное удельное сопротивление кремния составляет ρv =2·103Ом·м.В технологическом отношении кремний более сложный материал, чемгерманий, так как он имеет высокую температуру плавления 1420оС и врасплавленном состоянии химически весьма активен (вступает в реакциюпрактически со всеми тигельными материалами).Кремний значительно дешевле германия из-за доступности исходногосырья. Допустимое содержание посторонних примесей в кремнии,используемом в производстве полупроводниковых приборов, не должнопревышать 10 -11 %.Благодаря тому, что кремний имеет большую ширину запрещеннойзоны, чем германий, кремниевые приборы могут работать при более высокихтемпературах.
Верхний температурный предел работы кремниевых приборовдостигает 200 о С.Арсенид галлия (GaAs) среди соединений А 111 В v занимает особоеместо. Большая ширина запрещенной зоны (1,4 эВ), высокая подвижностьэлектронов [0,85 м2/(В·с)] позволяют создавать на основе GaAs приборы,работающие в области высоких температур и высоких частот.Арсенид галлия применяют при изготовлении светодиодов,параметрических, туннельных диодов, диодов Ганна, лазеров, полевыхтранзисторов, солнечных батарей и других приборов. Представляетсяперспективным создание интегральных схем на подложке изполуизолирующего арсенида галлия.Антимонид индия (InSb) имеет очень малую ширину запрещеннойзоны (0,17 эВ) и очень высокую подвижность электронов [7,7 м2/(В·с)]. InSbиспользуют при изготовлении детекторов в инфракрасной области спектра,датчиков Холла, туннельных диодов, термоэлектрических генераторов,лазеров, тензометров.Малая ширина его запрещенной зоны и большая разница междуподвижностями электронов и дырок обусловливает в этом материалеявления, которые слабо проявляются в других полупроводниках.Фосфид галлия (GaP), имеющий большую ширину запрещенной зоны2.25эВ, широко применяют в серийном производстве светодиодов.Высокая температура плавления (около 1500оС) и большое давлениепаров (35·105 Па) вызывают значительные технологические трудностивыращивания монокристаллов фосфида галлия высокой степени чистоты.11GaP с электронной электропроводностью, используемый при изготовлениисветодиодов, обычно выращивают из расплава по методу Чохральского.Благодаря большой ширине запрещенной зоны GaP излучательныепереходы в этом материале происходят в видимой области спектра.
Этопозволило создать на основе GaP светодиоды, дающие зеленое и красноесвечение.Арсенид индия (InAs), имеет малую ширину запрещенной зоны(0,36эВ) и большую подвижность электронов [3,3 м2/(В·с)]. Температураплавления InAs равняется 942oС. Арсенид индия в основном используют приизготовлении датчиков Холла, а также фотодиодов и лазеров.Фосфид индия (InP) применяют при изготовлении лазеров.Технологические трудности выращивания монокристаллов фосфида индиясвязаны с высоким давлением паров (21·105 Па) в точке плавления (1062°С).Наиболее чистый InP имеет концентрацию электронов 1021 м-3.В таблице 1.2 приведены значения основных параметров некоторыхполупроводниковых материалов и соединений типа АIIIВV.Таблица 1.2.2μn , м /(В·с)μ,м/(В·с)pпри 300о Кпри 300о К2СоединениеТпл , оСΔЕзз, эВпри 300о КGe9370,670,390,19Si14171,120,130,048GaP14502,250,0110,0075InP10621,290,460,15GaAs12371,430,850,043InAs9420,363,30,046InSb5250,177,70,08Содержание задания1.
Определить зависимость удельной электропроводностиполупроводникового материала от температуры в диапазоне 20-1500С.2. Построить график зависимости lnγ = f(1/Τ).Порядок выполнения работы1. Если в качестве измерительного прибора используется вольтметр В7-27А,соедините проводами клеммы «U = R», «О» вольтметра В7-27А с12клеммами «Ω», «∗» лабораторного стенда. Установите переключательвольтметра в положение «1КΩ». Включите вольтметр.2. Если в качестве измерительного прибора используется тестер, соединитепроводами клеммы «U/Ω», «СОМ» тестера с клеммами «Ω», «∗»лабораторного стенда.
Установите переключатель тестера в положение«2КΩ». Включите тестер.3. Измерить сопротивление полупроводниковых материалов при комнатнойтемпературе (20о С), при этом тумблер R1 в положении “1”, тумблер R2 вположении “2”. Полученные данные занести в таблицу 1.3.оТ ( С)1/ТR1 (Ом)γ1R2 (Ом)γ220406080Таблица 1.3.1001204. Соединить проводами клеммы «-»,«⊥» (для использования канала А) иликлеммы «+»,«⊥» (для использования канала Б) источника питания ВИП009 с клеммами «+»,«-» лабораторного стенда. Включить ВИП-009.5.
Установить переключатель «ГРУБО» в положение «6». Ручкой «ПЛАВНО»установить напряжение 6 В (по вольтметру источника питания)6. Через 5 минут записать значение сопротивления полупроводниковыхматериалов R1, R2 в таблицу (Т = 40о С).7. Установить переключатель «ГРУБО» в положение «9».
Ручкой «ПЛАВНО»установить напряжение 9 В (по вольтметру источника питания).8. Через 5 минут записать значение сопротивления полупроводниковыхматериалов R1, R2 в таблицу (Т = 60о С).9. Установить переключатель «ГРУБО» в положение «12». Ручкой«ПЛАВНО» установить напряжение 11 В (по вольтметру источникапитания).10. Через 5 минут записать значение сопротивления полупроводниковыхматериалов R1, R2 в таблицу (Т = 80о С).11. Установить переключатель «ГРУБО» в положение «15».
Ручкой«ПЛАВНО» установить напряжение 13 В (по вольтметру источникапитания)12. Через 5 минут записать значение сопротивления полупроводниковыхматериалов R1, R2 в таблицу (Т = 100о С).13. Ручкой «ПЛАВНО» установить напряжение 14 В (по вольтметруисточника питания)1314. Через 5 минут записать значение сопротивления полупроводниковыхматериалов R1, R2 в таблицу (Т = 120о С).15.
Выключить источник питания и вольтметр (тестер).Расчетная часть1.Используя данные таблицы рассчитать γ1 , γ2 для всех температурγ1 = 1/ R1, γ2 = 1/ R2.2.Построить графики зависимостей γ1 = f(1/Τ),γ2 = f(1/Τ). .Содержание отчета1.2.3.4.Краткие теоретические сведения.Результаты измерений, сведенные в таблицу.График зависимости γ1 = f(1/Τ),γ2 = f(1/Τ)..Выводы по работе.Контрольные вопросы.1. Чем собственный полупроводник отличается от примесного.Объясните зависимость электропроводности собственногополупроводника от температуры.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
