Atomul oricărei substanțe, inclusiv al unui semiconductor, este un nucleu încărcat pozitiv, în jurul căruia se învârt în jurul nucleului cochilii orbitelor electronilor. Electronii cochiliilor exteriori sunt conectați cu nucleul mult mai slab decât electronii cochiliilor apropiați de nucleu. Când energia externă este primită sub influența temperaturii, iluminării, câmpului electric și a altor cauze, electronii cocii exterioare pierd o legătură rigidă cu atomul și se pot mișca liber în volumul materialului. Astfel de electroni se numesc purtători de sarcină liberi, determină conductivitatea electrică a materialului. O bandă liberă la nivelurile de energie ale căror electroni pot fi în excitație se numește banda de conducere.
Zona cea mai apropiată de banda de conducere este numită banda de valență. Electronii din banda de valență sunt conectați cu atomul materiei. La o temperatură de absolută banda de valență zero este complet umplut cu electroni, dar la temperaturi mai ridicate începe să apară un schimb de electroni între benzile de valență și conducție.
În funcție de structura benzilor de energie, toate corpurile sunt împărțite în conductori (metale), semiconductori și dielectrice. În metale, banda de conducție și banda de valență se suprapun. Aceasta înseamnă că electronii de valență trec cu ușurință în banda de conducție și pot participa la crearea unui curent electric. O caracteristică caracteristică a metalelor este prezența electronilor liberi chiar și la zero absolută.
În semiconductori, banda de conducere liberă și banda de valență sunt separate printr-o bandă interzisă. Lățimea intervalului de bandă DW este cantitatea de energie care trebuie raportată electronilor din banda de valență pentru transferul lor în banda de conducție. Astfel, pentru germaniu, DW = 0,72 eV și pentru siliciu, DW = 1,12 eV. La o temperatură de zero absolut a atomilor semiconductoare sunt într-o stare de repaus absolut, toți electronii sunt în banda de valență semiconductorului și este transformată într-un izolator. Pe măsură ce crește temperatura, un număr tot mai mare de electroni traversează banda interzisă, iar conductivitatea electrică a materialului semiconductor crește. Concentrația de electroni în banda liberă este determinată de următoarea relație:
unde e este baza logaritmilor naturali;
A este o constantă pentru o anumită substanță;
k este constanta Boltzmann;
T este temperatura Kelvinului.
Lățimea benzii în dielectricitate este atât de mare încât chiar și la temperaturi ridicate concentrația de electroni liberi este foarte mică.
La temperaturi obișnuite, rezistența electrică a materialelor caracterizate prin următoarele: metale - 10 -6 ÷ 10 -4 Ohm · cm, semiconductori - 10 -3 ÷ 10 10 Ohm · cm, dielectric - 10 10 ÷ 18 octombrie ohm · cm.
Un atom care a pierdut un electron are o sarcină pozitivă egală cu magnitudinea încărcării cu electroni. O astfel de sarcină pozitivă se numește „gaură„Education electron-gol pereche se numește generație, iar procesul invers (absorbție de ioni de electroni liberi.) -. Recombinarea taxelor de electroni apariție în banda de conducție înseamnă că materialul semiconductor devine conductor Aceasta conductivitate este o consecință a perturbărilor de valență. legături în chip semiconductor, și este propria sa conductivitate electrică datorită propriei sale, mai degrabă decât introducerea purtătorilor de sarcină. conductivitate proporțională concentrarea produsului in a taxelor libere pe cantitatea de încărcare în concentrația semiconductorii pură de purtători de sarcină intrinseci -. electroni și găuri libere, - mici și se ridică la doar 16 brumărel ÷ brumărel 18 la 1 cm3 de materie Această concentrare nu este capabil de a provoca o conductivitate electrică apreciabilă pentru a reduce rezistivitate electrică .. semiconductor și da un anumit tip de conductivitate - e cu prevalența electronilor liberi sau gaura cu o predominanță de găuri - în semiconductori intenție pură o introduce anumite impurități. Acest proces se numește dopaj. Aditivii capabili de a transfera electroni în banda de conducție sunt numiți impurități donatoare. semiconductori impurității ale căror purtători sunt majoritate electroni, numite semiconductori de tip n. In astfel de semiconductori, concentrația de gaura intrinsecă este mică în comparație cu concentrația de electroni liberi.
Impuritățile capabile de a prelua la nivelurile lor electroni, numiți acceptor, cauzează un număr excesiv de găuri în semiconductor. Astfel de semiconductori sunt numiți semiconductori, purtătorii lor principali sunt găuri, iar electronii non-bază sunt electroni.
Într-un semiconductor pur, concentrația de electroni și găuri este aceeași, adică n = p. Într-un semiconductor dopat tip p, concentrația gaurii este de 2-3 ordine de mărime mai mare decât concentrația de electroni: pp >> nn. În semiconductor dopat dopat tip n, are loc relația nn >> pp. Astfel, principalii purtători de sarcină se formează sub influența unei impurități. Concentrația purtătorilor principali depinde de gradul de dopaj. Materialele semiconductoare din aliajele de joasă utilizare sunt utilizate în dispozitivele cu semiconductoare cu putere redusă și cu dispozitive semiconductoare cu putere mare, dotate puternic. Concentrația purtătorilor intrinseci (non-primari) depinde în principal de temperatura substanțelor. La temperaturi ridicate datorate generării termice, concentrația transportatorilor minoritari poate depăși concentrația purtătorilor principali, iar dispozitivul semiconductor își va pierde proprietățile. În consecință, temperatura nu trebuie să depășească valorile la care concentrația transportatorilor minoritari este neglijabilă în comparație cu cele de la sol. Pentru germaniu este de 70-80 ° C, pentru siliciu este de 150-170 ° C.
Pentru semiconductori care aparțin grupei IV din tabelul periodic al elementelor (germaniu, siliciu), impurități donoare sunt elemente care aparțin Grupa V (fosfor, arsenic) și acceptor - la grupa III (aluminiu, bor, indiu). semiconductorii puri pot fi substanțe simple - germaniu, siliciu, seleniu sau complexe - arseniură de galiu, galiu fosfură, etc ..
În absența unui câmp electric și a unei concentrații uniforme de purtători, electronii și găurile sunt în mișcare haotică; mișcarea ordonată a încărcărilor, adică nu există curent electric. Cauza curentului electric într-un semiconductor poate fi prezența unui câmp electric extern sau neuniformitatea concentrației purtătorilor de sarcină. Mișcarea direcțională a purtătorilor de sarcină sub acțiunea unui câmp electric se numește derivație, iar curentul electric provocat de acesta este purtat. Mișcarea încărcărilor sub acțiunea diferenței de concentrare a sarcinii se numește difuzie, iar curentul este difuz. Transferul taxelor este însoțit de coliziunea electronilor cu atomi și recombinare.
Pentru fiecare valoare a intensității câmpului electric E, viteza medie a electronilor și a găurilor este caracteristică:
unde μn și μp sunt mobilitatea electronilor și a găurilor, respectiv.
Direcția pozitivă de mișcare, i. E. mișcarea de-a lungul câmpului este caracteristică găurilor încărcate pozitiv, iar cea negativă, față de câmp, este caracteristică electronilor. În acest caz, μn> μp. de exemplu, pentru germaniu, μn = 3800 cm2 / Vs, μp = 1800 cm2 / Vs, pentru siliciu, μn = 1300 cm2 / Vs, μr = 500 cm2 / Vs. Mobilitatea electronilor și găurilor în germaniu este mai mare decât cea a siliciului și, prin urmare, rezistența electrică specifică a germaniului este mai mică. Pentru toate materialele, mobilitatea purtătorilor depinde de temperatură.
Densitatea componentelor electronice și a găurilor ale curentului de derivație și ale semiconductorului:
unde n este concentrația de electroni;
p este concentrația de găuri;
q este sarcina de electron;
E - Forța câmpului electric care a cauzat deviația.
Densitatea totală a curentului:
În semiconductoare pure, n = p, dar μn> μp. prin urmare, curenții de derivație au un caracter electronic. În semiconductori de impurități, natura curenților derivați este determinată de tipul de impuritate.
Densitatea componentelor curentului de difuzie:
unde Dn este coeficientul de difuzie a electronilor;
Dp este coeficientul de difuzie a găurilor;
- gradientul densității electronice în direcția curentului x;
Este gradientul concentrației gaurii în această direcție.
Coeficientul de difuzie este egal cu numărul de suporturi de încărcare care difuzează în 1c printr-o suprafață de 1 cm2 cu un singur gradient de concentrație. Coeficientul de difuzie este legat de mobilitatea prin relația Einstein:
unde jm este potențialul termic.
La rândul său, unde K este const, iar T este temperatura Kelvin. În consecință, coeficientul de difuzie depinde și de temperatură.
Articole similare
-
Metode fizice de tratament a copiilor cu gastrită cronică - stadopedie
-
Măsurarea abaterilor de la structurile verticale - stadopedia
-
Rolul restituirii în relațiile ruso-americane este stadopedia
Trimiteți-le prietenilor: