ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 36
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
-
Что такое разрешенные и запрещенные зоны?
Разрешенная зона характеризуется тем, что все уровни ее при 0 К заполнены электронами. Верхняя заполненная зона называется валентной. Зона проводимости характеризуется тем, что электроны, находящиеся в ней, обладают энергиями, позволяющими им освобождаться от связи с атомами и передвигаться внутри твердого тела, например, под воздействием электрического поля.
Запрещенная зона — это зона, в которой отсутствуют энергетические уровни. Следовательно, наличие запрещенной зоны означает, что для перехода в зону проводимости электрону необходимо сообщить энергию, большую, чем ширина запрещенной зоны.
-
Что такое уровень Ферми?
Уровень Ферми — некоторый условный уровень, соответствующий энергии Ферми системы фермионов; в частности электронов твердого тела, играет роль химического потенциала для незаряженных частиц. Статистический смысл уровня Ферми — при любой температуре его заселенность равна 1/2.
Положение уровня Ферми является одной из основных характеристик состояния электронов (электронного газа) в твердом теле. В квантовой теории вероятность заполнения энергетических состояний электронами, определяется функцией Ферми F(E):
, гдеЕ — энергия уровня, вероятность заполнения которого определяется,
EF — энергия характеристического уровня, относительно которого кривая вероятности симметрична;
Т — абсолютная температура;
k – постоянная Больцмана.
При абсолютном нуле из вида функции следует, что
F(E) = 1 при Е >F;
F(E) = 0 при Е >EF.
То есть все состояния, лежащие ниже уровня Ферми, полностью заняты электронами, а выше него свободны.
-
Что такое собственный полупроводник?
Собственный полупроводник – это полупроводник без примесей или с концентрацией примеси настолько малой, что она не оказывает существенного влияния на удельную проводимость полупроводника.
-
Что такое диффузия и дрейф носителей заряда?
При воздействии на кристалл полупроводника внешнего электрического поля, например от постороннего источника, свободные дырки и электроны начинают перемещаться во встречных направлениях. Так как перемещение зарядов принято называть электрическим током, то такой ток называется дрейфовым, а само перемещение – дрейфом.
Существует и другая разновидность тока в полупроводнике – диффузионный ток.
Если в одной из частей полупроводника возник избыток каких-либо носителей (например, дырок), то они стремятся распределиться равномерно по всему объему. Такую диффузию не следует путать с химической диффузией, так как в этом случае атомы не перемещаются, а происходит перенос только носителей заряда.
-
Что такое подвижность носителей заряда?
Если в полупроводнике создано электрическое поле величины Е, то помимо хаотического появляется направленное перемещение носителей заряда, называемое дрейфом. Скорость дрейфа, vдр, – это скорость, направленная вдоль вектора напряженности электрического поля, усредненная по всем носителям заряда одного знака (электронами или дырками).
-
Как примеси влияют на характеристики полупроводника?
На процесс образования свободных электронов и дырок в полупроводнике большое влияние оказывают нарушения правильной структуры кристаллической решетки, а также наличие примесей. Атомы примесей обычно замещают в узлах решетки атомы основного вещества, образуя дефекты замещения. Примесные атомы могут попасть так же в междоузлия и образовать дефекты внедрения.
В полупроводники, используемые для изготовления полупроводниковых приборов, предварительно очищенные от случайных примесей, вводят специальные примеси, обеспечивающие преимущественную концентрацию либо свободных электронов, либо дырок. Для получения преимущественной концентрации электронов в качестве примесей используются вещества с валентностью, превосходящей валентность основного полупроводника. Такие примеси называются донорными. Преимущественная концентрация дырок получается за счет примесей с меньшей валентностью –акцепторных примесей.
-
Как объяснить температурную зависимость концентрации носителей заряда в полупроводниках?
С ростом температуры число примесных электронов, перешедших в зону проводимости, довольно быстро увеличивается, а число электронов, оставшихся на донорном уровне, уменьшается - происходит истощение примесного уровня. При некоторой температуре Ts (температуре истощения) все электроны с донорного уровня оказываются переведенными в зону проводимости. Концентрация электронов проводимости в этом случае становится практически равной концентрации донорной примеси Nd в полупроводнике:
Истощение примесных уровней в большинстве полупроводников происходит в области достаточно низких температур.
-
Какими физическими факторами объясняется температурная зависимость подвижности носителей заряда?
В идеальной кристаллической решетке свободные носители заряда рассеиваться не будут, обмена энергией с решеткой не происходит, длина свободного пробега носителей
, подвижность носителей также бесконечно велика. В реальных кристаллах всегда имеют место нарушения периодичности кристаллической решетки - дефекты. Различают тепловые дефекты, т.е. отклонение атомов от узлов идеальной решетки при тепловых колебаниях, и дефекты структуры - вакансии, примеси, дислокации и др. На любых дефектах происходит рассеяние электронных волн, и подвижность уменьшается. Два или более механизмов рассеяния (на различных видах дефектов) могут действовать одновременно, и при этом следует оценивать их совместное влияние на подвижность.-
Что такое электронно-дырочный переход?
Электронно-дырочным переходом называют тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в котором одна часть имеет электронную, а другая - дырочную электропроводность.
На этой стадии важно понять, что полупроводниковый переход представляет собой изменение материала с p-типа на n-тип в пределах одной и той же непрерывной кристаллической решетки. При простом соединении образцов материала p-типа и материала n-типа не возникает p-n переход.
-
Как распределяются носители и электрические заряды в различных областях p-n-перехода?
Так как концентрация электронов в n-полупроводнике nn (основные носители заряда) значительно превышает концентрацию электронов в p-полупроводнике np (неосновные носители заряда), то в плоскости контакта возникает диффузия электронов из n-области в p-область. Аналогичные рассуждения объясняют диффузию дырок из p-области в n-область. Таким образом через p-n-переход протекают диффузионные токи Jn диф и Jp диф.
Свободные электроны, переходя в p-полупроводник, становятся там неосновными носителями и рекомбинируют с дырками. Одновременно в n-полупроводнике происходит рекомбинация переходящих туда дырок. В результате рекомбинации на границе p- и n-областей возникает обедненный носителями слой, концентрации свободных электронов и дырок в котором близки к нулю. Этот слой называют запирающим.
Положительные заряды доноров и отрицательные заряды акцепторов в запирающем слое уравновешивают друг друга.
-
Основные положения теории электропроводности.
-Атомы всех веществ состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в электрическом поле ядра.
-Электроны в атоме не имеют траектории движения. Быстро движущийся электрон может находиться в любой части пространства, окружающего ядро, и различные положения его рассматриваются как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда.
-Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью (орбитой). Орбиты атома имеют разные размеры.
-Электроны, движущиеся на орбитах меньшего размера, сильнее притягиваются ядром, чем электроны на орбитах большего размера.
-Электроны в атоме перемещаются в пространстве вокруг ядра не по любым, а лишь по определенным — дискретным — орбитам, на которых они могут находиться неограниченно долго без излучения и поглощения энергии.
-На каждой орбите электрон имеет определенное значение энергии, которое называется разрешенным, а энергетический уровень — разрешенным уровнем, который условно отражает энергетическое состояние электрона в атоме. Ближе к ядру находятся электроны, обладающие меньшей энергией. Чем выше энергетический уровень электрона, тем слабее связь его с атомом. По мере увеличения энергии разрешенные уровни (орбиты) располагаются все ближе друг к другу.
-
Токи в полупроводниках.
Электрическим током в полупроводниках называется направленное движение электронов к положительному полюсу, а дырок к отрицательному.
Концентрация электронов проводимости в полупроводнике равна концентрации дырок: nn = np. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.
-
Контактные явления в полупроводнике.
Контактные явления в полупроводниках - неравновесные электронные явления, возникающие при прохождении электрического тока через контакт полупроводника с металлом или электролитом, или через контакт двух различных полупроводников (гетеропереход)либо через границу двух областей одного и того же полупроводника с разным типом носителей заряда и разной их концентрацией.
-
Условия равновесия p-n перехода.
Р-n переход в равновесном состоянии. Если к р-n полупроводнику не приложено внешнее напряжение, то имеет место равновесное состояние p-n-перехода. При отсутствии внешнего напряжения движение электрических зарядов через p-n переход носит характер диффузии основных носителей заряда из одной области проводимости в другую где они становятся неосновными носителями и через определенное время рекомбинируют с основными носителями.
-
Ширина запорного слоя p-n перехода.
Из-за ухода основных носителей заряда, электронов из n - области в р - область и дырок из р- области в n - область, и в результате их рекомбинации, граница между р и n полупроводниками обеднена носителями заряда, и её сопротивление велико по сравнению с сопротивлением остальных областей. Эта граничная область, обладающая большим сопротивлением, называется запорным слоем. По своей протяжённости запорный слой - это слой области пространственного заряда. Ширина этой области зависит от концентрации донорных и акцепторных примесей в n – и р- полупроводниках.
-
Вольтамперная характеристика p-n перехода.
Вольтамперная характеристика p-n перехода представляет собой график зависимости тока от напряжения, прикладываемого к нему. Она может быть получена теоретически в виде уравнения или экспериментально. Если экспериментальная характеристика не совпадает с теоретической, то уравнение вольтамперной характеристики (ВАХ) корректируется.