1. Зонная модель полупроводника.
К полупроводникам (ПП) относятся вещества, занимающие по величине удельной электрической проводимости промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Их удельная электрич. проводимость лежит в пределах от 10-8 до 105 см/м и в отличие от металлов она возрастает с ростом темпер-ры.
ПП представляют собой достаточно многочисленную группу веществ. К ним относятся химич. элементы: германий (Ge ), кремний (Si ), бор, углерод, фосфор, сера, мышьяк, селен, серое олово, теллур, йод, некоторые химич. соед-ния и многие органич. вещества.
В электронике находят применение ограниченное кол-во полупроводниковых материалов. Это, прежде всего Si , Ge , и арсенид галлия.
Применяемые в электронике ПП имеют весьма совершенную кристаллическую структуру. Их атомы размещены в пространстве в строго периодической последовательности на постоянных расстояниях друг от друга, образуя кристалл-ую решетку. Решетка наиболее распространенных в электронике полупроводников – Ge и Si – имеет структуру алмазного типа. В такой реш. каждый атом вещества окружен четырьмя такими же атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра.
Возможно вы искали - Реферат: Электропривод и обрабатывание фурмы(расчет)
Каждый атом, находящийся в кристаллической решетке, электрически нейтрален. Силы, удерживающие атомы в узлах решетки, имеют квантово-механический характер; они возникают за счет обмена взаимодействующих атомов валентными электронами. Подобная связь атомов носит название ковалентной связи, для ее создания необходима пара электронов.
В Ge и Si , являющихся 4х -валентными элементами, на наружной оболочке имеется по четыре ковалентные связи с четырьмя ближайшими, окружающими его атомами.
рис. 1. рис. 2.
На рис. 1 показ. условн. изображ. кристалич. решетки Si на плоскости:
Похожий материал - Реферат: Электроснабжение
1 – атом кремния, 2 – ковалентная связь, образованная одним электроном.
На рис. 2 показ. образование свободного электрона под действием тепловой энергии:
1 – нарушенная ковалентн. связь, 2 – свободный электрон, 3 – незаполненная связь (дырка).
рис. 3.
EV – энергетич. уровень (max энергия связанного электрона), Ed – энергия донора, Ec – зона проводимости (min энергия свободного электрона), E g – ширина запрещенной зоны.
Очень интересно - Реферат: Электротехника
EF – уровень Ферми, вероятность заполнения кот. равна ½.
2. Электропроводность полупроводников.
К полупроводникам (ПП) относятся вещества, занимающие по величие удельной электрической проводимости (ЭП) промежуточное положение между проводниками (металлы) и диэлектриками. Значения удельной ЭП этих трех классов веществ приведены в табл.
Основным признаком, выделяющим ПП как особый класс веществ, явл. сильное влияние температуры и концентрации примесей на их ЭП. Так, например, даже при сравнительно небольш. повыш. темп-ры проводимость ПП резко возрастает (до 5 – 6% на 1ºС).
Вам будет интересно - Реферат: Электротехника
У большинства ПП сильное изменение ЭП возникает под действием света, ионизирующих излучений и др. энергетич. воздействий. Т.о ПП – это вещество, удельная проводимость кот. существенно зависит от внешн. факторов.
Электропроводность ПП определяется направленным движением электронов под действием внешнего электрического поля.
В ПП валентная зона и зона проводимости разделены не широкой запрещенной зоной. Под действием внешнего эл. поля возможен переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. При этом в валентной зоне возникают свободные энергетические уровни, а в зоне проводимости появляются свободные электроны, называемые электронами проводимости. Этот процесс наз. генерацией пар носителей, а не занятое электроном энергетич. состояние в валентной зоне – дырка.
Электропроводность, обусловленную генерацией пар носителей заряда электрон-дырка, называют собственной электропроводностью. Возвращение возбужденных электронов из зоны проводимости в валентную зону, в рез. которого пара носителей заряда электрон-дырка исчезает, называют рекомбинацией.
Дрейфовый ток. Электроны и дырки в кристалле нах-ся в сост. хаотического теплового движ-ия. При возникновении эл. поля на хаотич. движение накладывается компонента направленного движ., обусловленного действием этого поля. В рез. электроны и дырки начин. перемещ-ся вдоль кристалла – возникает эл. ток, кот. называется дрейфовым током .
Похожий материал - Реферат: Элементная база радиоэлектронной аппаратуры-2
Диффузионный ток обусловлен перемещением носителей заряда из области высокой концентрации в область более низкой концентр.
Одним из главных принципов, лежащих в основе многих физических процессов, явл. принцип электрической нейтральности полупроводника, заключающийся в том, что в сост. равновесия суммарный заряд в ПП равен нулю. Он выражается уравнением электронейтральности:
.
3. p-n переход в условиях термодинамического равновесия.