ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.03.2025
Просмотров: 2467
Скачиваний: 1
355
Лекция 46
6.6.6. Полупроводники (продолжение)
2. Примесная проводимость
а) Полупроводники n-типа (электронная проводимость)
Если в процессе изготовления монокристаллического образца кремния Si ввести фосфор P, то при образовании ковалентной связи один электрон атома фосфора не задействован (РИС. 46.1А). Это означает, что возникают дополнительные энергетические уровни вблизи дна зоны проводимости – донорные уровни. Они заселены и электроны с них могут переходить в зону проводимости и участвовать в создании тока (энергетическая диаграмма показана на РИС. 46.1Б).
(Так как для освобождения «незанятого» электрона требуется значительно меньшая энергия, чем для разрыва ковалентной связи атомов кремния, энергетический уровень εд донорной примеси располагается вблизи дна зоны проводимости.)
Si |
Si |
Si |
Зона |
проводимости |
|||
εд |
|||
Si |
P |
Si |
|
Валентная |
|||
Si |
Si |
Si |
зона |
а |
б |
Рис. 46.1
Расстояние от донорных уровней до дна зоны проводимости
εд 0,1 эВ.
Носители тока в таких полупроводниках – электроны.
б) Полупроводники p-типа (дырочная проводимость)
Если в монокристалл кремния Si ввести примесь бора B, то при образовании ковалентной связи примесь может захватить четвёртый электрон (РИС. 46.2А). У потолка валентной зоны появляются энергетические уровни, не занятые электронами, – акцепторные уровни. Так как расстояние εа от потолка валентной зоны до акцепторных уровней невелико, электроны из валентной зоны могут переходить на акцепторные уровни, оставляя в валентной зоне дырки (энергетическая диаграмма показана на РИС. 46.2Б).
Носители тока в таких полупроводниках – дырки.
356
Si |
Si |
Si |
Зона |
||||||||||||
проводимости |
|||||||||||||||
Si |
B |
Si |
|||||||||||||
εа |
|||||||||||||||
Валентная |
|||||||||||||||
Si |
Si |
Si |
зона |
||||||||||||
а |
б |
||||||||||||||
Рис. 46.2 |
|||||||||||||||
6.7. Контактные явления |
|||||||||||||||
6.7.1. Работа выхода |
|||||||||||||||
Электроны в |
металле |
находятся |
в потенциальной яме |
||||||||||||
A |
|||||||||||||||
(РИС. 46.3); U0 – глубина ямы. Работа выхода – минимальная |
|||||||||||||||
εF |
|||||||||||||||
энергия, которую нужно затратить, |
чтобы удалить электрон |
U0 |
|||||||||||||
из металла: |
|||||||||||||||
A U |
0 |
ε |
; |
||||||||||||
A = (1 ÷ 5) эВ. |
F |
Рис. 46.3 |
|||||||||||||
Электроны могут покинуть металл в результате фото-, авто-, термоэлектронной эмиссии.
Уходящие электроны создают избыточный положительный заряд. Электрическое поле заставляет электроны вернуться назад. Поэтому вблизи поверхности металла возникает электронное облако – двойной электрический слой.
6.7.2. Контакт двух металлов
Если привести два образца, состоящих из разных металлов, в соприкосновение, то между ними возникнет электростатическое поле, характеризуемое контактной разностью потенциалов.
Когда рассматриваемые металлы изолированы друг от друга, их электронный газ характеризуется химическими потенциалами μ1 и μ2. После приведения металлов в контакт их химические потенциалы выравниваются (см. ТАБЛ. 46.1).
358 |
||||||
Обычно |
φ1 φ2 1 эВ. |
|||||
6.7.3. Контакт двух полупроводников |
||||||
Рассмотрим контакт полупроводников p- и n-типа (ТАБЛ. 46.2). |
||||||
Таблица 46.2 |
||||||
До контакта |
После контакта |
|||||
– |
+ |
|||||
p |
n |
p |
– |
+ |
n |
|
– |
+ |
|||||
x |
||||||
Зона |
Зона |
Зона |
||||
проводимости |
проводимости |
|||||
Донорные уровни |
εn |
проводимости |
||||
μp |
μn |
|||||
εp |
Акцепторные уровни |
p-n-переход |
||||
Валентная |
Валентная |
Валентная |
||||
зона |
зона |
зона |
||||
В полупроводнике n-типа много свободных электронов, а в полупроводнике p-типа их нет – там дырки. Из-за этого электроны из полупроводника n-типа диффундируют в полупроводник p-типа. Этот процесс продолжается до выравнивания химических потенциалов. В области p-n-перехода дырки и электроны рекомбинируют и создаётся область, обеднённая носителями заряда и обладающая большим электрическим сопротивлением. После выравнивания химических потенциалов полупроводник p-типа заряжается отрицательно, а полупроводник n-типа – положительно. В области p-n-перехода для электронов и дырок образуется потенциальный барьер (РИС. 46.5А), который в равновесном состоянии носители преодолеть не могут (графики зависимости потенциальной энергии носителей от координаты x представлены на РИС. 46.5Б). Если наложить внешнее электрическое поле, то оно может либо увеличить величину барьера (обратное включение p-n-перехода), либо уменьшить её (прямое включение). Соответствующие электрические схемы и графики представлены в ТАБЛИЦЕ 46.3.