Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11 | Следующая страница реферата

1.5, а). Этот электрон может быть получен от атома основного элемента полупроводника за счет разрыва ковалентной связи. Разрыв связи приводит к появлению дырки, так как сопровождается образованием свободного уровня в валентной зоне. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны, называют акцепторными или акцепторами. Энергия активизации акцепторов составляет для германия 0,0102-0,0112 эВ и для кремния 0,045-0,072 эВ, что значительно меньше ширины запрещенной зоны беспримесного полупроводника.
Следовательно, энергетические уровни примесных атомов располагаются вблизи валентной зоны (рис. 1.5, б).

Ввиду малого значения энергии активизации акцепторов уже при комнатной температуре электроны из валентной зоны переходят на уровни акцепторов. Эти электроны, превращая примесные атомы в отрицательные ионы, теряют способность перемещаться по кристаллической решетке, а образовавшиеся при этом дырки могут участвовать в создании электрического тока.
За счет ионизации атомов исходного материала из валентной зоны часть электронов попадает в зону проводимости. Однако электронов в зоне проводимости значительно меньше, чем дырок в валентной зоне. Поэтому дырки в таких полупроводниках являются основными, а электроны - неосновными

[pic]

Рисунок 1.5 Условное изображение кристаллической решетки (а) и энергетическая диаграмма (б) полупроводника с дырочной электропроводностью. подвижными носителями заряда. Такие полупроводники носят название полупроводников с дырочной электропроводностью или полупроводников р-типа.
В состоянии теплового равновесия концентрация дырок в полупроводнике р-типа
([pic]) и свободных электронов ([pic]) определяется из соотношений:

[pic]; (1.7) [pic] (1.8)

Из уравнений (1.7) и (1.8) следует, что для полупроводника р-типа выполняется неравенство [pic](( [pic].

Если считать, что при комнатной температуре все акцепторные атомы ионизированы, т. е. [pic]=0, то на основании соотношения можно записать:

[pic], (1.9) где Na — концентрация акцепторных атомов в полупроводнике.

Соотношение (1.9) показывает, что уровень Ферми в полупроводнике р- типа располагается в нижней половине запрещенной зоны, так как Na >> ni, и при повышении температуры смещается к середине запрещенной зоны за счет ионизации атомов основного полупроводника.

Кроме того, на основании уравнений (1.4), (1.5), (1.7) и (1.8) можно записать следующее выражение:

[pic] (1.10) которое показывает, что введение в полупроводник примесей приводит к увеличению концентрации одних носителей заряда и пропорциональному уменьшению концентрации других носителей заряда за счет роста вероятности их рекомбинации.

1.2 ТОКИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

1.2.1 Дрейфовый ток

В полупроводниках свободные электроны и дырки находятся в состоянии хаотического движения. Поэтому, если выбрать произвольное сечение внутри объема полупроводника и подсчитать число носителей заряда, проходящих через это сечение за единицу времени слева направо и справа налево, значения этих чисел окажутся одинаковыми. Это означает, что электрический ток в данном объеме полупроводника отсутствует.

При помещении полупроводника в электрическое поле напряженностью Е на хаотическое движение носителей зарядов накладывается составляющая направленного движения. Направленное движение носителей зарядов в электрическом поле обусловливает появление тока, называемого дрейфовым
(Рисунок 1.6, а ) Из-за столкновения носителей зарядов с атомами кристал- лической решетки их движение в направлении действия электрического поля

[pic]
|а) |б) |
|Рисунок 1.6 Дрейфовый (а) и диффузионный (б) токи в полупроводнике. |

прерывисто и характеризуется подвижностью (. Подвижность равна средней скорости [pic], приобретаемой носителями заряда в направлении действия электрического поля напряженностью Е = 1 В/м, т. е.

[pic]. (1.11)

Подвижность носителей зарядов зависит от механизма их рассеивания в кристаллической решетке. Исследования показывают, что подвижности электронов (n и дырок (p имеют различное значение ((n > (p) и определяются температурой и концентрацией примесей. Увеличение температуры приводит к уменьшению подвижности, что зависит от числа столкновений носителей зарядов в единицу времени.

Плотность тока в полупроводнике, обусловленного дрейфом свободных электронов под действием внешнего электрического поля со средней скоростью
[pic], определяется выражением [pic].

Перемещение (дрейф) дырок в валентной зоне со средней скоростью [pic] создает в полупроводнике дырочный ток, плотность которого [pic].
Следовательно, полная плотность тока в полупроводнике содержит электронную jn и дырочную jр составляющие и равна их сумме (n и p — концентрации соответственно электронов и дырок).

Подставляя в выражение для плотности тока соотношение для средней скорости электронов и дырок (1.11), получаем

[pic] (1.12)

Если сравнить выражение (1.12) с законом Ома j =(Е, то удельная электропроводность полупроводника определяется соотношением

[pic].

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: банк курсовых, россия диплом, реферат республика беларусь.



Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки