МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах
РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ" ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів
Контакти
Тлумачний словник 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 напівпровідниківТаблиця 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.
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. 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.
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=NeeμeE; 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.
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:
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|