ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Власна провідність напівпровідників

Напівпровідники – це тверді тіла, які при Т = 0 характеризуються повністю зайнятою електронами валентною зоною, що відділена від зони провідностіпорівняно вузькою ( порядка 1еВ) заборонною зоною (див. рис. 28.3, в з попередньої лекції).

 

Рис. 28.3

Свою назву вони отримали тому, що їх електропровідність менша за електропровідність металів і більша за електропровідність діелектриків.

В природі напівпровідники існують у виді елементів ІV, V та VI груп Періодиної системи елементів Менделєєва (наприклад, кремній Sі, германій Ge, миш'як Аs, селен Se, теллур Те) та хімічних сполук, напрклад оксиди, селеніди, сплави елементів різних груп.

Розрізняють власні та домішкові напівпровідники. Власними напівпровідниками є хімічно чисті напівпровідники, а їх провідність називається власною провідністю.

Таким чином, власна провідність напівпровідників виявляється у хімічно чистих напівпровідників (власних напівпровідників), таких як германій – Ge, селен – Se, сполуки CdS).

Як приклад на рис.29.1 наведена спрощена плоска схема атомів в кристалі германію Ge, який має гратки типу алмаза. В гратці кожний атом зв'язаний ковалентними зв'язками з чотирма найближчими сусідами. На малюнку на плоскій схемі атомів кожна риска – це зв'язок, здійснюваний одним електроном. В ідеальному кристалі при 0 К така структура є діелектриком, оскільки всі валентні електрони беруть участь в утворенні зв'язків, і тому вільні електрони відсутні.

Рис. 29.1

 

При підвищенні температури теплові коливання гратки призводять до розриву деяких валентних зв'язків, внаслідок чого частина електронів відщеплюється і вони стають вільними. В покинутому електроном місці виникає дірка (вона зображена на малюнку білим кружком), заповнити яку можуть електрони з сусідньої пари. В результаті дірка, так само як і електрон, що звільнився, рухатиметься по кристалу.

Рух електронів провідності і дірок у відсутність електричного поля є хаотичним. Якщо ж на кристал накласти електричне поле, то електрони почнуть рухатись проти поля, дірки – по полю, що призведе до виникнення власної провідності германію, обумовленої як електронами, так і дірками.

По зонній теорії:з підвищенням температури електрони з верхніх рівнів валентної зони I можуть бути перекинуті на нижні рівні зони провідності II (рис. 29.1). При накладенні на кристал електричного поля електрони переміщатимуться проти поля і створюватимуть електричний струм. Таким чином, зона ІІ внаслідок її часткового "укомплектування" електронами стає зоною провідності. Провідність власних напівпровідників,обумовлена електронами, називається електронною провідністю або провідністю n-типу (від лат. negative – негативний)

В результатітеплових закидань електронів із зони І в зону ІІ у валентній зоні виникають вакантні стани, які називаються дірками. При накладенні поля на місце, що звільнилося від електрона, тобто на дірку, може переміститися електрон з сусіднього рівня, знову таки утворюється дірка і т. д. Дірки переміщуються в напрямі, протилежному руху електронів. Провідність власних напівпровідників,обумовлена дірками, називається дірковою провідністю або провідністю р-типу (від лат. positive – позитивний).

Таким чином, у власних напівпровідниках спостерігається електронно-дірковий механізм провідності.

2. Електронна домішкова провідність (провідність n-типу)

Домішкова провідність – це провідність, зумовлена домішками (атоми сторонніх елементів, теплові (порожні вузли або атоми в міжвузловині) і механічні (тріщини, дислокації) дефекти).

Напівпровідники п-типу (електронні напівпровідники)– це напівпровідники з домішкою, валентність якої на одиницю більше валентності основних атомів(див. рис. 29.2). В даному випадку, наприклад, при заміщенні атома германію п'ятивалентним атомом миш'яку один електрон не може утворити ковалентного зв'язку, він виявляється зайвим і може бути легким при теплових коливаннях грат відщеплений від атома, тобто стати вільним. Оскільки ковалентний зв'язок в даному випадку не порушується, дірка тут не виникає. Надлишковий позитивний заряд, що виникає поблизу атома домішки, зв'язується атомом домішки і тому переміщуватись не може. В даному випадку носії струму електрони; виникає електронна провідність (провідність п-типу).

Рис. 29.2 Рис. 29.3

По зонній теорії:уведення домішки спотворює поле гратки, що призводить до виникнення в забороненій зоні енергетичного рівня D валентних електронів миш'яку, який називається домішковим рівнем. У випадку германію з домішкою миш'яку цей рівень розташовується від дна зони провідності на відстані ED = 0,013 еВ. ED < kT, тому вже за звичайних температур енергія теплового руху достатня для перекидання електронів з домішкового рівня в зону провідності. Позитивні заряди, що утворюються при цьому, зв'язуються атомами миш'яку і в провідності не беруть участь. Домішки, що є джерелом електронів, називаються донорами, а енергетичні рівні цих домішок – донорними рівнями.

В напівпровідниках п-типуспостерігається електронний механізм провідності(основні носії струму – електрони).

На відміну від власної провідності, що здійснюється одночасно електронами і дірками, домішкова провідність зумовлена в основному носіями одного знака: у разі донорної домішки – електронами.

3. Діркова домішкова провідність (провідність р-типу)

Напівпровідники р-типу (діркові провідники)– це напівпровідники з домішкою, валентність якої на одиницю менше валентності основних атомів(див. рис.29.3). В даному випадку в гратку кремнію введено атом з трьома валентними електронами, наприклад, бор.

Для утворення зв'язків з чотирма найближчими сусідами у атома бору не вистачає одного електрона, один із зв'язків залишається неукомплектованим і четвертий електрон може бути захоплений від сусіднього атома основної речовини, де відповідно утворюється дірка. Послідовне заповнення дірок, що утворюються, електронами еквівалентно руху дірок в напівпровіднику, тобто дірки не залишаються локалізованими, а переміщаються в гратках як вільні позитивні заряди. Надмірний же негативний заряд, що виникає поблизу атома домішки, зв'язується атомом домішки і по граттках переміщатися не може.

По зонній теорії:введення тривалентної домішки в гратку кремнію призводить до виникнення в забороненій зоні домішкового енергетичного рівня А, не зайнятого електронами. У випадку кремнію з домішкою бору цей рівень розташовується вище за верхній край валентної зони на відстані EА = 0,08 еВ (див. рис. 29.3). Близькість цих рівнів до валентної зони призводить до того, що вже за порівняно низьких температур електрони з валентної зони переходять на домішкові рівні і, зв'язуючись з атомами бору, втрачають здатність переміщатися по гратках кремнію, тобто в провідності не беруть участь. Носіями струму є лише дірки, що виникають у валентній зоні.

Домішки, захоплюючі електрони з валентної зони напівпровідника, називаються акцепторами, а енергетичні рівні цих домішок – акцепторними рівнями.

В напівпровідниках р-типуспостерігається дірковий механізмпровідності (основні носії струму – дірки).

На відміну від власної провідності, що здійснюється одночасно електронами і дірками, домішкова провідність зуумовлена в основному носіями одного знака: у випадку акцепторної домішки – дірками.

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти