Студопедия
Контакти
 


Тлумачний словник

Реклама: Настойка восковой моли




Авто | Автоматизація | Архітектура | Астрономія | Аудит | Біологія | Будівництво | Бухгалтерія | Винахідництво | Виробництво | Військова справа | Генетика | Географія | Геологія | Господарство | Держава | Дім | Екологія | Економетрика | Економіка | Електроніка | Журналістика та ЗМІ | Зв'язок | Іноземні мови | Інформатика | Історія | Комп'ютери | Креслення | Кулінарія | Культура | Лексикологія | Література | Логіка | Маркетинг | Математика | Машинобудування | Медицина | Менеджмент | Метали і Зварювання | Механіка | Мистецтво | Музика | Населення | Освіта | Охорона безпеки життя | Охорона Праці | Педагогіка | Політика | Право | Програмування | Промисловість | Психологія | Радіо | Регилия | Соціологія | Спорт | Стандартизація | Технології | Торгівля | Туризм | Фізика | Фізіологія | Філософія | Фінанси | Хімія | Юриспунденкция

Механізм провідності напівпровідників

Таблиця 4.1 Питомий опір електротехнічних матеріалів різних класів за 20 °С і постійної напруги

Загальні відомості

Тема: Загальні відомості і класифікації напівпровідників

Лекція № 18

Мета:Вивчити призначення і класифікацію напівпровідників

Методи:словесний

План:

1 Загальні відомості

2 Механізм провідності напівпровідників

3 Напівпровідники п-типу

4 Напівпровідники р-типу

Матеріально-технічне забезпечення та дидактичні засоби, ТЗН:

Схеми

Велика група речовин за електричною провідністю займає про­міжне місце між признано добрими діелектриками як, наприклад, янтар (бурштин), кварц чи фарфор (порцеляна), та металевими провідниками (табл. 4.1). Цю групу речовин назвали напівпровід­никами.

 

Клас матеріалів ρ, Ом·м Число порядків за значенням ρ Знак (у широкому інтервалі температур Тип електро­провідності
Провідники додатний електронна
Напівпровідники від'ємний електронна
Діелектрики від'ємний іонна, електронна

Проходження електричного струму через напівпровідники, як і метали, не спричинює в них хімічних змін. Це значить, що віль­ними носіями зарядів в обох випадках є електрони, а не іони. Од­нак суттєва кількісна відмінність між питомими провідностями вказує на існування глибоких якісних відмінностей в умовах про­ходження струму через метали і напівпровідники.

Різниця в провідності напівпровідників і металів за нормаль­них температур зумовлена величезною різницею в концентрації електронів провідності. В 1 м3 металів знаходиться 1028 - 1029 ві­льних електронів, тобто на кожний атом металу припадає по од­ному вільному електрону, тоді як у напівпровідниках концентра­ція вільних електронів у сотні тисяч і навіть мільйони разів нижча.

За підвищення температури швидкість впорядкованого пере­міщення електронів провідності під дією поля як у металах, так і напівпровідниках зменшується. Тому в металах електропровід­ність із зростанням температури знижується. У напівпровідниках, незважаючи на подібне зниження швидкості впорядкованого пе­реміщення електронів, провідність різко зростає. Це однозначно свідчить про те, що з підвищенням температури в напівпровідни­ках має місце над швидке зростання числа вільних електронів, тоді як у металах кількість електронів провідності практично не зале­жить від температури.



Интернет реклама УБС

За температур, близьких до абсолютного нуля, питомий опір провідників різко знижується, а провідність зростає і може пере­ходити в надпровідність. У напівпровідниках спостерігається протилежна картина. Внаслідок різкого зменшення числа електронів провідності за наднизьких температур питомий опір напівпровід­ників близький до опору діелектриків. За високих температур кі­лькість вільних електронів зростає настільки, що провідність на­півпровідників співмірна з провідністю металів.

Напівпровідники з власною провідністю, або напівпровідники типу і.Розглянемо власну провідність ідеально чистого напівпро­відника з ідеально впорядкованим розміщенням атомів у вузлах кристалічної ґратки на прикладі германію або кремнію - елемен­тів IV групи періодичної системи елементів. Атоми у вузлах ґрат­ки зв'язані між собою чотирма валентними електронами (рис. 4.1,а). Такий зв'язок називають ковалентним,або парноелектронним.За температури, близької до абсолютного нуля, усі валентні елект­рони беруть участь у створенні міжатомних зв'язків і заповню­ють всі енергетичні рівні валентної зони, а в зоні провідності еле­ктрони відсутні (рис. 4.1, б). Зона провідності відмежована від валентної забороненою зоною, де Wс - нижня межа зони провідності; - верхня межа валентної зони.

Ширина забороненої зони для германію і кремнію дорів­нює відповідно 0,72 і 1,12 е·В. Для переходу електрона з валентної зони в зону провідності необхідна додаткова енергія, яка дорівнює енергії забороненої зони або більша від неї. Цю енергію елек­трон може отримати за нагрівання кристала напівпровідника, опромінення його світлом або з інших додаткових джерел енергії.

Рис. 4.1. Кристалічні ґратки чистого германію (а), енергетична діаграма напівпровідника при і відсутність вільних зарядів (б), поява носіїв вільних зарядів (електронів і дірок) при (в) Чим температура вища за абсолютний нуль, тим більша час­тина валентних електронів переходить у зону провідності, звіль­няючи енергетичні рівні у валентній зоні. Вакантний енергетич­ний рівень у валентній зоні названо діркою провідності, яка пово­дить себе як додатний заряд, що дорівнює заряду електрона. Кі­лькість дірок у валентній зоні дорівнює кількості вільних елект­ронів у зоні провідності (див. рис. 4.1, в). Утворення пар електрон-дірка називають генерацією парносіїв зарядів. Електрони в зоні провідності і дірки у валентній зоні перебува­ють у хаотичному тепловому русі, і дірки можуть захоплювати електрони. Це призводить до зникнення пар електрон-дірка, тобто відбувається їх рекомбінація (див. рис. 4.1, в). За температури, вищої від абсолютного нуля, коли в кристалі існує певна концентрація пар електрон-дірка, під дією зовнішньо­го електричного поля відбувається напрямлене переміщення еле­ктронів у зоні провідності проти напрямку поля і переміщення ді­рок у валентній зоні у напрямку поля. Таким чином, провідність кристала визначається переміщенням як електронів, так і дірок, тому густина струму  

 

де Je і Jd - відповідно густина електронного і діркового струмів. У напівпровідниках з власною електричною провідністю кіль­кість електронів Ne і Nd дірок однакова. Оскільки рухливість електронів дещо більша, ніж рухливість дірок, то електронний струм Іе трохи більший, ніж Id. Рухливість визначається шляхом, який проходить електрон або дірка за одну секунду за напруженості Е= 1В/см. Оскільки рухливість є відношення швидкості перемі­щення електрона Ve, чи дірки Vd, до напруженості електричного поля в напівпровіднику, то рухливість електрона , а ру­хливість дірки . Тоді електронний і дірковий струми ви­значаються за формулами:

Ie = NeeVe=NeeE;

Id = NdeVd = NdeμdE,

де е - заряд електрона чи дірки, - напруженість електричного поля, Ne і Nd відповідно число електронів і дірок. Сумарний струм у напівпровіднику:

I = Ie + Id, абоI = NeeμeE+ NdeμdE. (4.1)

При власній електропровідності напівпровідника число елект­ронів і дірок однакове, тобто

Тоді вираз (4.1) набуває такого вигляду:

I = N·e(μe+μd)E. ( 4 . 2)

Необхідно підкреслити, що як електронна,так і діркова провід­ність зумовлені переміщенням лише електронів відповідно у зонах провідності і валентній. Рух електронів у валентній зоні створює враження, що в напрямку електричного поля переміщуються по­зитивно заряджені іони, чого насправді немає. Сказане наглядно можна проілюструвати на ланцюжку атомів напівпровідника, в одному місці якого утворився позитивно заряджений іон (рис. 4.2) внаслідок переходу електрона з валентної в зону провідності. Під дією сил поля електрон послідовно переноситься від атома 2 до іона 1. Атом 2 стає при цьому позитивно зарядженим іоном і до нього переходить електрон від атома 3, який перетворюється в позитивно заряджений іон і т. д.

Рис. 4.2. Модель "діркової" провідності в напівпровідниках: світлі кружечки - нейтральні атоми, темний кружечок - додатний іон. Стрілками вказано напрямок послідовних переходів електронів від нейтральних атомів до іонів. Місце додатнього заряду переміщується у зворотному напрямі - по полю

 

 

Таким чином, у валентній зоні напівпровідника відбувається переміщення електронів від нейтральних атомів проти зовнішньо­го поля, рівнозначне переміщенню дірок у напрямку поля.

За кімнатної температури концентрація електронів і дірок ста­новить: для германію -2 ·1013 см-3 для кремнію - 1,4·1010 см-3. З підвищенням температури ці концентрації різко зростають (при 800°С - у сотні мільйонів разів). Тому провідність напівпровідни­ків з підвищенням температури різко зростає, незважаючи на про­тидіюче цьому зростанню зниження швидкості впорядкованого переміщення вільних електронів.


Читайте також:

  1. II. МЕХАНІЗМИ ФІЗІОЛОГІЧНОЇ ДІЇ НА ОРГАНІЗМ ЛЮДИНИ.
  2. V Процес інтеріоризації забезпечують механізми ідентифікації, відчуження та порівняння.
  3. Адвокатура — неодмінний складовий елемент механізму забезпечення прав людини.
  4. Аденогіпофіз, його гормони, механізм впливу
  5. Аденогіпофіз, його гормони, механізм впливу, прояви гіпер- та гіпофункцій.
  6. Адміністративно-командна система, її ознаки та механізм функціонування.
  7. Адміністративно-правові методи забезпечення економічного механізму управління охороною довкілля
  8. Аеробний механізм ресинтезу АТФ
  9. Акти застосування норм права в механізмі правового регулювання.
  10. Акціонерні товариства як механізм трансформації
  11. Альдостерон та механізми ренін-ангіотензину
  12. Аміноглікозиди (стрептоміцину сульфат, гентаміцину сульфат). Механізм і спектр протимікробної дії, застосування, побічні ефекти.

Загрузка...



<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Сплави високого опору | Напівпровідники п-типу

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:


 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.002 сек.