Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Вопрос 2 Проводимость примесных полупроводников. ⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 9
Проводимость полупроводников, обусловленная электронами, перешедшими в зону проводимости с донорных уровней, и дырками, образовавшимися при переходе электронов из валентной зоны на акцепторные уровни Описание Примесной проводимостью полупроводников называется проводимость, обусловленная электронами, которые перешли в зону проводимости с донорных уровней Ed, расположенных вблизи Ec, и дырками, которые образовались в валентной зоне при переходе электронов на акцепторные уровни Ea, расположенные вблизи Ev (рис. 1а, 1б).
Примесный полупроводник n-типа
Рис. 1а
Примесный полупроводник p-типа
Рис. 1б
Обычно донорные и акцепторные уровни в запрещенной зоне полупроводника образуются при легировании, т.е. введением определенной примеси в собственный полупроводник. Таким образом можно сказать, что примесная проводимость обусловлена ионизацией атомов примеси в полупроводнике. В полупроводниках IV группы таблицы Менделеева (Ge, Si) донорные уровни вблизи Ec образуют элементы V группы (Sb, As), а акцепторные уровни вблизи Ev - элементы III группы (In, Ga). Величина примесной проводимости:
sпр = e(mnn + mpp),
где n - концентрация электронов с доноров в зоне проводимости; p - концентрация дырок с акцепторов в валентной зоне; mn; mp - подвижности электронов и дырок, соответственно.
Если примесная проводимость обусловлена в основном электронами с донорных уровней (mnn > > mpp), т.е. электроны являются основными носителями заряда, то говорят об электронной проводимости полупроводников, или полупроводниках n-типа; если же преобладает проводимость, обусловленная дырками, образовавшимися вследствие ухода электронов на акцепторные уровни (mpp > > mnn), то говорят о дырочной проводимости, или полупроводниках p-типа, где основными носителями заряда являются дырки. Если в полупроводниках n-типа (p-типа) глубина примесного уровня Ed (или Ea) в данной области температура Т меньше, чем kT (k - постоянная Больцмана), то практически все доноры полностью ионизированы (или акцепторы заполнены электронами)(см. рис. 2а, 2б).
Примесный полупроводник n-типа
Рис. 2а
Примесный полупроводник p-типа
Рис. 2б
Если в этой области температура и собственная проводимость мала, т.е. Nd или Na > > ni = pi (Nd - концентрация доноров, Na - концентрация акцепторов ni, pi - концентрации собственных носителей), то концентрация основных носителей заряда равна примерно концентрации донорной (или акцепторной) примесей: n@Nd (в полупроводнике n-типа); n@Na (в полупроводнике p-типа); В общем случае, т.е. при неполной ионизации примесей и наличии собственной проводимости, концентрации носителей заряда определяются формулами:
n = 2(2pmn*kT / h2)3/2exp(Ef /kT);
p = 2(2pmp*kT / h2)3/2exp(-Ef DE /kT),
где mn*, mр* - эффективные массы электронов и дырок в полупроводнике; Ef - глубина уровня Ферми, зависящая от параметров примесных уровней.
Например, при T=300 K, в Ge (DE = 0, 78 эВ) при Nd = 1021 м-3, n = 1017 м-3. Величина примесной проводимости при этой температуре:
sпр = 5Ч101 Ом -1м -1. Временные характеристики Время инициации (log to от -3 до 2); Время существования (log tc от -3 до 15); Время деградации (log td от -3 до 2); Время оптимального проявления (log tk от -1 до 1). Диаграмма: Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Техническая реализация - термистор (терморезистор). В среде с температурой T находится образец примесного полупроводника, например, n - Ge с примесью As. Измеряя зависимость проводимости образца от температуры, убеждаемся, что при охлаждении проводимось уменьшается. Если построить эту зависимость в логарифмических координатах, то видно, что она стремится к нулю при абсолютном нуле температуры. Применение эффекта Использующие явление примесной проводимости термисторы используются как датчики температуры. Принцип действия такого основан на изменении величины тока в цепи датчика при изменении температуры. Ток датчика изменяется из-за изменения примесной проводимости полупроводника. Например, термисторы из n - Ge с донорной примесью As применяются при измерении температуры жидкого гелия. Кроме того, p-n переход, являющийся основой любых полупроводниковых электронных элементов, является следствием контакта двух полупроводников с примесными проводимостями.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 442; Нарушение авторского права страницы