рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Електричний струм у напівпровідниках. Власна та домішкова провідності напівпровідників. Власна провідність напівпровідників

Електричний струм у напівпровідниках. Власна та домішкова провідності напівпровідників. Власна провідність напівпровідників - раздел Философия, Тема 1.Електростатика Напівпровідниками Є Тверді Тіла, Які При Т=0 Характер...

Напівпровідниками є тверді тіла, які при Т=0 характеризуються повністю зайнятою електронами валентною зоною, відокремленою від зони провідності порівняно вузькою забороненою зоною.

У природі напівпровідники існують у вигляді хімічних елементів (елементи , , груп), наприклад, , , , , , i хімічних сполук, (оксиди, сульфіди, селеніди, сплави елементів різних груп).

Розрізняють власні і домішкові напівпровідники. Власними напівпровідниками є хімічно чисті напівпровідники, їх провідність називається власною провід­ністю.

На рис. 358 наведена спрощена схема структури власного напівпровідника. При абсолютному нулі його валентна зона укомплектована повністю, зона провідності, яка розміщена над валентною зоною на відстані , є незаповненою.

Отже, при T=0 і за відсутності інших зовнішніх факторів власні напівпро­ відники ведуть себе як діелектрики. При підвищенні температури електрони з верх­ніх рівнів валентної зони можуть переходити на нижні рівні зони провідності (рис. 359). При накладанні на кристал електричного поля вони переміщаються проти поля і створюють електричний струм. Таким чином, така зона внаслідок часткового укомплектування електронами, стає зоною провідності.

Провідність власних напівпровідників, зумовлена електронами, називається електронною провідністю або провідністю n-типу.

Внаслідок теплових переходів електронів із валентної зони в зону провідності у валентній зоні виникають вакантні стани, які називаються дірками. У зовнішньому електричному полі на місце, яке звільнилось від електрона, – дірку – може пере­міститися електрон із сусіднього рівня, а дірка появиться в тому місці, яке звільнив електрон і т.д. Такий процес рівнозначний переміщенню дірки в напрямку, протилежному до руху електрона, так, як би дірка мала позитивний заряд, який дорівнює за величиною заряду електрона.

Провідність власних напівпровідників, зумовлена дірками, називається дірковою провідністю або провідністю р-типу.

Отже, у власних напівпровідниках спостерігаються два механізми провідності – електронна і діркова. Число електронів в зоні провідності дорівнює числу дірок у валентній зоні, тобто .

Провідність напівпровідників завжди є збудженою, тобто появляється лише під дією зовнішніх факторів (температури, опромінювання, сильних електричних полів і т.д.).

Розрахунок концентрації електронів у зоні провідності дає такий результат:

,

а розрахунок, який виконаний для дірок, що виникають у валентній зоні, приводить до виразу:

,

де і – ефективна маса електрона і дірки. Ця маса вводиться так, щоб у ній враховувалася дія на електрон чи дірку внутрішнього періодичного поля кристала і щоб можна було вважати, що ці частинки з ефективною масою рухаються лише під впливом одного зовнішнього поля.

З виразів для та видно, що концентрація вільних носіїв заряду в даній зоні визначається відстанню цієї зони від рівня Фермі: чим більша ця відстань, тим нижча концентрація носіїв.

Добуток на для довільного напівпровідника дорівнює:

.

Ця формула показує, що при фіксованій температурі добуток концентрації електронів і дірок для даного напівпровідника є величиною сталою.

У власних напівпровідниках кон­центрація електронів провідності в зоні провідності дорівнює концентрації дірок у валентній зоні: і

.

Звідси

.

Взявши натуральний логарифм із цього виразу, отримуємо

.

Розв’язуючи це рівняння відносно , маємо

.

Цей вираз виз­начає положення рівня Фермі у власних напівпровідниках при абсолютному нулі

,

тобто рівень Фермі розміщується якраз посередині забороненої зони (рис. 360).

Враховуючи, що , з виразу отримуємо:

.

Звідси видно, що концентрація носіїв струму у власному напівпровіднику виз­начається шириною забороненої зони і температурою напівпровідника T.

Внаслідок наявності у власному напівпровіднику двох типів носіїв – електронів і дірок – його питома електропровідність складається з провідності , яка обумовлена наявністю вільних елек­тронів, що мають рухливість , і провідності , що обумовлена наявніс­тю дірок, які мають рухливість . Повна питома провідність власного напівпровідника

 

.

Рухливість носіїв заряду визначається їх розсіюванням на теплових коливаннях ґратки. Розрахунок показує, що

і .

Отже,

 

 

З цього виразу видно, що при , , тобто визначає питому провідність напівпровідника при .

Характерною особливістю власних напівпровідників є збільшення їх питомої провідності із підвищенням температури. З погляду зонної теорії ця обставина пояснюється так: при підвищенні температури зростає кількість електронів, які внаслідок теплового збудження переходять в зону провідності і беруть участь у перенесенні електричного заряду.

Залежність від зручно представляти у напівлогарифмічних координатах. Логарифмуючи вираз , знайдемо:

.

Якщо по осі абсцис відкласти , а по осі ординат , то отримуємо пряму (рис. 361), тангенс кута нахилу якої до осі абсцис дорівнює . Звідси ширина забороненої зони становить .

 

На рис. 362 наведена залежність від для чистого германію і кремнію, які отримані експериментально. Ширина забороненої зони, визначена за нахилом кривих, виявилася для ; для .

У напівпровідниках поряд з процесом генерації електронів і дірок відбувається і процес рекомбінації: електрони переходять із зони провідності у валентну зону, віддаючи енергію ґратці і випускаючи кванти електромагнітного випромінювання. В результаті для кожної температури встановлюється певна рівноважна концентрація електронів і дірок.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Тема 1.Електростатика

Робота електростатичного поля при переміщенні заряду Потенціал Робота при переміщенні заряду в електростатичному... І Плоский конденсатор... Якщо обкладки конденсатора мають форму паралельних між собою пластин то його називають плоским рис Площа...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Електричний струм у напівпровідниках. Власна та домішкова провідності напівпровідників. Власна провідність напівпровідників

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Робота при переміщенні заряду в електростатичному полі. Потенціал електричного поля. Напруженість як градієнт потенціалу
Обчислимо роботу сил електростатичного поля при переміщенні точкового заряду в однорідному полі, яке створене двома скін­ченими паралельними зарядженими площинами, розміри яких значно більші, ніж

Різниця потенціалів. Зв’язок між напруженістю електричного поля та різницею потенціалів (напругою).
Електричне поле можна описати або за допомогою векторної величини , або за допомогою скалярної величини φ. Очевидно, що між цими величинами повинен існувати зв’язок. Нехай в ел

Електрична ємність відокремленого провідника. Одиниці електроємності.
Відокремленим називається провідник, який знаходиться настільки далеко від інших тіл, що впливом їх електричних полів можна знехтувати. Якщо надати відокремленому провіднику, який знаходит

Конденсатори. З’єднання конденсаторів.
На практиці, однак, необхідні пристрої, які мають здатність при малих розмірах і невеликих відносно навколишніх тіл потенціалах нагромаджувати значні за величиною заряди. Ці пристрої – к

ІІІ. Сферичний конденсатор.
Обкладки такого конденсатора – це дві концентричні провідні сфери з радіусами і , розділені тонким шаром діелектрика завтовшки d (рис. 142) і . Поля поза конденсатором, створені внутріш­ньо

Паралельне з’єднання конденсаторів.
Щоб отримати велику електроємність, кілька конденсаторів з’єднують в батарею так, щоб всі позитивно заряджені обкладки мали один спільний електрод, а заряджені негативно – інший (рис. 143). Таке з’

Послідовне з’єднання конденсаторів.
При послідовному з’єднанні конденсаторів негативно заряджену обкладку першого конденсатора з’єднують з позитивно зарядженою обкладкою другого і т.д. (рис. 144).   Якщо на бат

Тема2.Постійний електричний струм.
1.Електричний струм. Сила та густина струму. В електродинаміці розглядаються явища і процеси, що зв’язані з рухом електричних зарядів або макроскопічних

Електричний струм у газах. Властивості газового розряду. Фізичні основи дії газорозрядних приладів. Струм в газах
Гази складаються з електрично нейтральних атомів і молекул і не мають вільних зарядів (електронів та іонів), які здатні під дією електричного поля рухатись впорядковано. Отже, при нормальних умовах

Домішкова провідність напівпровідників
Провідність напівпровідників, зу­мовлена домішками, називається домішковою провідністю, а самі напівпровідники – домішковими напівпровідниками. Домішками є атоми ст

Закон Ампера. Фізичні основи роботи електричних машин, електромагнітних реле та електровимірювальних приладів. Закон Ампера
На провідники зі струмом, що знаходяться в магнітному полі, діють сили Ампера. Узагальнюючи результати дослідження дії магнітного поля на різні провідники зі струмо

Тема 5.Електромагнітна індукція. Магнітні властивості речовини.
1.Явище електромагнітної індукції. Досліди Фарадея.2. Закон Фарадея-Максвела 3.. Правило Ленца.4. Вихрові струми. Явище електромагнітної індукції. Закон Ленца. Закон електромагнітної ін

Явище самоіндукції. Індуктивність контура. Явище самоіндукції. Індуктивність
Згідно із закону Фарадея, електрорушійна сила індукції виникає при будь-яких змінах магнітного потоку через поверхню, охоплену провідним контуром, незалежно від природи цього потоку і рівна

Взаємна індукція. Явище взаємної індукції. Взаємна індуктивність
Якщо два контури розміщені так, що магнітний потік, який створюється струмом в одному з них, хоч частково пронизує другий контур, то такі контури індуктивно пов’язані між собою і між ними виникає

Енергія магнітного поля
Провідник, по якому протікає електричний струм, завжди оточений магнітним полем, причому магнітне поле появляється і зникає разом з появою і зникненням струму. Отже, частина енергії струму йде на с

Рівняння Максвела в інтегральній та диференціальній формах. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля
Відкриття струму зміщення дозволило Максвеллу створити єдину теорію електричних і магнітних явищ. Ця теорія пояснила всі відомі того часу експериментальні факти і передбачила ряд нових явищ, існува

Загальні відомості про коливальні процеси.2. Гармонічні коливання. Рівняння гармонічного коливання гармонічних коливань
Коливанням називається всякий рух або зміна стану тіла, що характеризується тим чи іншим ступенем повторюваності в часі значень фізичних величин, які визначають цей рух або

Пружинний, математичний і фізичний маятники
Пружинний маятник – це тіло масою , яке підвішене на невагомій абсолютно пружній пружині і здійснює гар­ монічні коливання під дією пружної сили , де – коефіцієнт пружності, як

Рівняння затухаючого коливання. Диференціальне рівняння згасаючих коливань і його розв’язання
Усі реальні коливальні системи є дисипативними. Енергія механічних коли­вань такої системи поступово витрачається на роботу проти сил опору, тому вільні коливання завжди згасаючі - їх амплітуда

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги