Летающий спутник

Летающий спутник

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Электроника и электротехника Работа электрических машин и аппаратов Асинхронный двигатель Элементы зонной теории твердого тела Проводниковые материалы Полупроводниковые материалы

Полупроводниковые материалы

Полупроводники - группа веществ с электронной проводимостью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре лежит между удельными сопротивлениями проводников и диэлектриков.

Удельное сопротивление различных проводников лежит в пределах 10 -6-10 -3, полупроводников - 10 -4-10 10, диэлектриков - 10 9-10 18 Ом . см.

Однако, количественная оценка электропроводности не является основным признаком, выделяющим полупроводники в особую группу веществ. Электропроводность полупроводников качественно отличается от электропроводности проводников.

Основные свойства полупроводников, резко отличающие их от проводников, следующие:

Отличные от проводников характер и степень зависимости электропроводности от температуры.

Сильное влияние ничтожных количеств примесей на электропроводность полупроводников.

Чувствительность электропроводности полупроводников к различного рода излучениям.

Особенности электропроводности полупроводников. Собственная проводимость

Как было установлено при рассмотрении основ зонной теории, зоны проводимости и валентные зоны в металлах соприкасаются или перекрываются. Поэтому, в процессе переноса тока в металлах участвуют все валентные электроны, число которых равно числу атомов в данном объеме металла, для металлов со степенью окисления +1, или больше - для металлов, степень окисления которых больше единицы. В полупроводниках, например в германии и кремнии, внешняя электронная оболочка атома образована четырьмя электронами: у кремния это 3s2 и 3p2, у германия - 4s2 и 4p2.

Каждый из электронов образует с четырьмя соседними атомами ковалентные связи, которые являются очень устойчивыми.

Как видно из рис.9 каждый из электронов принадлежит одному из соседних атомов. Такая пара электронов жестко связана со своей парой атомов и не может перемещаться в объеме полупроводника. Возвращаясь к зонной теории можно сказать, что в этом случае, валентная зона заполнена полностью, а зона проводимости свободна, т.е. в полупроводнике не должно быть свободных носителей заряда, и он должен быть хорошим изолятором.

Рис.9. Структура ковалентных связей в кристалле кремния.

Для полупроводника при температуре близкой к абсолютному нулю, так оно и есть. При повышении температуры, энергия теплового движения оказывается достаточной, для того чтобы некоторые электроны оторвались от атомов, т.е. перешли бы на более высокие энергетические уровни, которые есть, только в зоне проводимости.

Уход электрона от своего атома нарушает его нейтральность, однако считать его положительно заряженным ионом нельзя, т.к. ушедший электрон принадлежал двум атомам сразу. Появившийся положительный заряд удобнее относить не к атому, а к дефектной связи, оставленной электроном. Такой положительный заряд называется дыркой.

Дырка - это вакантное место, которое может быть занято одним из валентных электронов соседних связей в валентной зоне.

Переход валентного электрона соседних связей на образовавшуюся дефектную связь не требует больших энергий и осуществляется легко. В результате такого перехода, образуется новая дефектная связь в другом месте кристалла, а первая - перестает быть дефектной. Иными словами, дефектная связь или дырка будет двигаться по кристаллу. При наложении внешнего поля это движение станет направленным и по кристаллу потечет ток.

Следовательно, нарушение ковалентной связи, за счет внешнего энергетического воздействия, приводит к появлению в полупроводнике двух свободных носителей заряда: электрона и дырки.

Проводимость, возникающая в кристалле полупроводника за счет нарушения валентных связей называется собственной.

С повышением температуры количество генерируемых пар электрон-дырка будет возрастать, соответственно увеличится и электропроводность полупроводника. В то же время количество электронов, перешедших в зону проводимости и ставшими свободными, остается все же во много миллионов раз меньше числа атомов. Например, в германии при комнатной температуре количество свободных электронов составляет всего лишь 1 .10 -7% от числа атомов.

Таким образом число свободных носителей зарядов в полупроводниках во много раз меньше, чем в металлах. Этим объясняется количественное различие в электропроводности металлов и полупроводников.

В металлах свободные носители имеются в неизменном количестве при любой температуре. В полупроводнике свободные носители появляются только при условии сообщения энергии извне. В этом проявляется качественное отличие электропроводности полупроводников от электропроводности металлов.

Примесная электропроводность полупроводников. Доноры и акцепторы Характерной чертой полупроводников является их сильная чувствительность к примесям. Если в структуру идеального полупроводника ввести атом, относящийся к пятой группе периодической системы элементов, например сурьму или мышьяк, то четыре его электрона займут места в связях с соседними атомами полупроводника, а пятый - окажется как бы лишним.

Ширина запрещенной зоны и концентрация носителей

Электропроводность собственных  полупроводников При рассмотрении физики электропроводности было установлено, что удельная электропроводность металлов определяется концентрацией электронов проводимости и временем их релаксации. Электропроводность полупроводников будет определяться аналогично, с той только разницей, что в случае полупроводников необходимо принимать во внимание существование двух типов носителей - электронов и дырок.

Концентрация носителей в n полупроводниках

Практическое применение зависимостей, полученных при изложении физической природы проводимости полупроводников, рассмотрим на примере расчета удельного сопротивления донорного полупроводника.

Пример. В образце германия содержится nSb = 1 .10 -2 атомных процентов примесей сурьмы. Полагая, что при температуре 27 0C все атомы сурьмы ионизированы, вычислите концентрации электронов и дырок ne и np, а также удельное сопротивление германия при температуре 27 0C, считая что концентрация электронов определяется только донорными центрами, один кубический метр германия содержит N = 5 .10 28 атомов, подвижности электронов и дырок соответственно равны e=0,38 и p=0,18 рр м 2/(В .с), а концентрация носителей в собственном германии при тех же условиях составляет ni = 2,39 .10 19 м -3.

Получение, свойства и применение некоторых полупроводниковых материалов Германий. Природное сырье в результате химической переработки переводится в четыреххлористый германий - GeCl4, который дальнейшей переработкой переводится в двуокись - GeO2. Двуокись германия восстанавливается водородом до порошкового германия, который, после травления, сплавляется в слитки. Слитки помещаются в графитовые тигли и подвергаются очистке методом зонной плавки, а затем из расплава очищенного германия вытягивается монокристал.


Электричество и электромагнетизм