Електропровідність напівпровідників - раздел Образование, Електропровідність напівпровідників
Напівпровідниками Називаються Матеріли, Що Займають Проміжне...
Напівпровідниками називаються матеріли, що займають проміжне положення між провідниками й діелектриками. Особливість металевих провідників полягає у наявності вільних електронів, які е носіями електричних зарядів. У діелектриків вільних електронів немає, тому вони не проводять струм.
На відміну від провідників напівпровідникам характерна не тільки електронна, але й діркова провідність, яка значною мірою залежить від температури, освітленості, стиснення, електричного поля та інших факторів.
Хімічний зв'язок двох сусідніх атомів з утворенням на одній орбіті спільної пари електронів (Мал.1.1, а) називають ковалентним, або парноелектронним і умовно зображають двома лініями, які з'єднують електрони (Мал.1.1, б). Наприклад, германій належить до електронів четвертої групи періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва і має на вищій орбіті чотири валентні електрони.
Малюнок 1.1. Кристалічна гратка напівпровідника.
Кожен атом у кристалі германію утворює ковалентні зв'язки з чотирма сусідніми атомами (див. мал.1.1, в). У разі відсутності домішок і за температури, що наближається до абсолютного нуля, всі валентні електрони атомів у кристалі германію взаємно пов'язані й вільних електронів немає, тому германієві провідність не властива.
З підвищенням температури або в процесі опромінення збільшується енергія електронів, що призводить до часткового порушення ковалентних зв'язків і появи вільних електронів. Уже при кімнатній температурі під дією зовнішнього електричного поля вільні електрони переміщуються і в кристалі виникає електричний струм. Електропровідність, обумовлена переміщенням вільних електронів, називається електронною провідністю, або п-провідністю.
З появою вільних електронів у ковалентних зв'язках утворюється вільне, не заповнене електроном (вакантне) місце — електронна дірка. Оскільки дірка виникла в місці відриву електрона від атома, то в ділянці її утворення виникає надлишковий позитивний заряд. За наявності дірки будь-який з електронів сусідніх зв'язків може зайняти місце дірки й нормальний ковалентний зв'язок у цьому місці відновиться, але буде порушений у тому місці, звідки вийшов електрон.
Малюнок 1.2-Схема утворення і заповнення дірок у кристалі германію.
Переміщення дірок схоже на переміщення позитивних зарядів. Під дією зовнішнього електричного поля дірки переміщуються в напрямку йога сил, тобто в напрямку, протилежному переміщенню електронів. Провідність, що виникає внаслідок переміщення дірок, називається дірковою провідністю, або
р-провідністю.
Отже, в разі .електронної провідності один вільний електрон проходить весь шлях у кристалі, а в разі діркової провідності велика кількість електронів почергово заміняють один одного у ковалентних зв'язках і кожен з них проходить свій відтинок шляху.
У кристалі чистого напівпровідника з порушенням ковалентних зв'язків виникає однакова кількість вільних електронів і дірок. Одночасно з цим відбувається зворотний процес — рекомбінація, під час якої вільні електрони заповнюють дірки, утворюючи нормальні ковалентні зв'язки. За певної температури кількість вільних електронів і дірок в одиниці об'єму напівпровідника в середньому залишається сталою. З підвищенням температури кількість вільних електронів і дірок значно зростає і провідність германію так само збільшується, тобто напівпровідникам характерний негативний температурний коефіцієнт опору. Електропровідність напівпровідника за відсутності в ньому домішок називається його власною електропровідністю.
Властивості напівпровідників значною мірою міняються за наявності в ньому мізерної кількості домішок. Вводячи атоми інших елементів, у кристалі напівпровідника можна одержати перевагу вільних електронів порівняно з дірками або, навпаки, перевагу дірок над вільними електронами. Наприклад, у разі заміщення у кристалічній гратці атома германію атомом п'ятивалентної речовини (миш'яку, сурми, фосфору) чотири електрони цієї речовини утворять заповнені зв'язки з сусідніми атомами германію, а п'ятий електрон буде вільним (Мал.1.3, а), тому така домішка збільшить електронну провідність (п-провідність) і називатиметься донорною. У разі заміщення атома германію атомом тривалентної речовини (індію, галію, алюмінію) його електрони вступлять у ковалентний зв'язок із трьома сусідніми атомами германію, а зв'язків із четвертим атомом германію не буде, оскільки в індію немає четвертого електрона (Мал.1.3, б).
Носії заряду, що визначають собою вид провідності у домішковому
напівпровідникові, називаються основними (дірки в р-напівпровіднику та
електрони в n-напівпровіднику), а носії заряду протилежного знаку —
неосновними.
Відновлення всіх ковалентних зв'язків можливе, якщо четвертий електрон, якого бракує, буде одержаний від найближчого атома германію. Але при цьому на місці електрона, що залишив атом германію, з'явиться дірка, яка може бути заповнена електроном із сусіднього атома германію. Послідовне заповнення вільного зв'язку еквівалентне руху дірок. Домішки з меншою кількістю валентних електронів у атомі порівняно з атомом даного напівпровідника обумовлюють переважання діркової провідності й називаються акцепторними.
Розділ Фізичні основи роботи напівпровідникових приладів Електропровідність напівпровідників...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Електропровідність напівпровідників
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Історія розвитку електроніки
Становлення і розвиток електроніки стало можливим завдяки наполегливим зусиллям багатьох учених-фізиків.
Ще в древній Греції Фалес із Мілета вперше виявив, що янтар, потерт
Електронно дірковий перехід
Область на границі двох напівпровідників з різними типами електропровідності називається електронно - дірковим переходом, або р-п переходом.
Явища, які відбуваються,
Вольт - амперна характеристикар- ппереходу
Вольт-амперна характеристика показує залежність струму струм через р-п перехід від величини і полярності прикладеної напруги. Цю залежність виражають формулою
Напівпровідникові резистори
НП резистори мають два вихідних електроди. Вони поділяються на лінійні та нелінійні.
У лінійних резисторів питомий електричний опір не залежить від прикладеної напруги, їх умовне позначен
Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди - це НП прилади, виготовлені на основі двошарових НП структур і які використовують властивості р-п переходу.
Широко розповсюджені випрямні д
Будова транзистора
Біполярним транзистором або просто транзистором називається напівпровідниковий прилад з двома р — n - переходами, який призначений для підсилення й генерування електричних коливань
Принцип дії біполярних транзисторів
В умовах роботи транзистора до лівого р — п— переходу прикладається напруга емітер — база Uе–б у прямому напрямку, а до правого р — п – переходу — напруга
Характеристики БТ
Характеристиками транзисторів називаються залежності між силами струмів і напругами у вхідному й вихідному колах. У різних схемах приєднання транзистора вхідні й вихідні кола різні
Біполярний транзистор як активний чотириполюсник
(h-параметри)
Статичні ВАХ використовуються при розрахунках електронних схем з великими рівнями вхідних сигналів. Якщо рівень вхідного сигналу малий і тран
Основні режими роботи біполярного транзистора
Незалежно від схеми вмикання біполярного транзистора він може працювати у трьох основних режимах, що визначаються полярністю напруги на емітерному U та колекторному U переходах:
Конструкція біполярних транзисторів
Біполярні транзистори виготовляють з германію та кремнію. Як приклад, розглянемо будову площинного германієвого транзистора р — п —р-типу (мал. 2.17). Базою служить пл
Загальні відомості
До класу уніполярних відносять транзистори, принцип дії яких ґрунтується на використанні носіїв заряду лише одного знаку (електронів або дірок). Керування струмом в силовому колі у
Диністори
Диністор має чотиришарову структуру. У нього є три p-n переходи. Два крайніх з них (П1 і П3;) зміщені у прямому напрямку, а середній (П2) - у зворот
Оптоелектронні елементи
Оптоелектронні елементі використовують перетворення електричних сигналів в оптичні і містять джерело світла (ДС) та приймач світла — фотоприймач (ФП), які поєднані між собою
Газотрони
Газотрон являє собою двоелектродний іонний або газорозрядний прилад, призначений для випрямлення змінного струму. Скляний (або металевий) балон газотрона після створення в ньому в
Тиратрони
Тиратрон відрізняється від газотрона наявністю третього електрода — сітки, яка керує моментом запалювання дуги. У скляному балоні тиратрона (мал.2.37) 9, наповненому сумішшю інертн
Фото помножувачі
Фотоелементом називається електровакуумний, напівпровідниковий або іонний прилад, у якому дія променевої енергії оптичного діапазону обумовлює зміну його електричних властивостей.
ПРИКЛАДИ ДО РОЗДІЛУ
Задача 2.1. Вибрати тип діода для електротехнічного пристрою, щоб забезпечити струм у навантаженні І = 0,27 А. Напруга, що прикладається до діода у закритому
ЗАДАЧІ ΗА САМОСТІЙНЕ ОПРАЦЮВАННЯ
2.1с. Для забезпечення безаварійної роботи пристрою необхідно вибрати діод, умови роботи якого: прямий струм Iпр = 10 А; а напруга, що прикладається до діода U
Інтегральні мікросхеми. Класифікація та основні поняття
Мікроелектроніка - це розділ електроніки, який включає дослідження конструювання і виробництво електронних мікросхем і радіоелектронної апаратури на їх основі.
Інтегральна
Малюнок 3. 1- Загальна конструкція ІМС
По застосовуваному матеріалі розрізняють чотири типи корпусів: металосклянні, металокерамічнні, керамічні і пластмасові. При цьому головними елементами конструкції к
Малюнок 3.2-Типи корпусів ІМС
Слід зазначити також, що конструктивні характеристики корпуса (особливо по габаритах і розташуванню висновків) повинні створювати зручності при монтажі ІС на друкованій платі.
Транзисторів
При цьому за основу беруть однорідну підложку з кремнію р-типу.
Шляхом термічного окислювання кремнію на поверхні підкладки формують тонку захисну плівку діоксиду кремнію.
Резистори
Створення інтегральних резисторів, що представляють собою тонкий (порядку 3 мкм) шар напівпровідника, відбувається по планарній технології в процесі дифузії домішки в острівці підкладки або
Гібридні ІМС. Технологія виготовлення гібридних ІМС
У виробництві гібридних ІМС використовується плівкова технологія, що дозволяє виготовляти з досить стабільними параметрами лише пасивні елементи — резистори, конденсатори, індуктивн
Резистори.
При виготовленні плівкових резисторів використовуються резистивні матеріали з різним поверхневим питомим опором. Такі матеріали можна розділити на три основні групи: чисті метали, с
Провідники і контактні площадки
Об'єднання плівкових пасивних елементів і начіпних компонентів у гібридну ІМС здійснюється плівковими провідниками і контактними площадками. Такі елементи повинні мати добру електропровідність,
ПРИКЛАДИ ДО РОЗДІЛУ
Задача 3.1 Вказати призначення мікросхеми, на корпусі якої такий напис — КР548ЛП43.
Розв'язок: Відповідно до стандарту маркування
ЗАДАЧІ НА САМОСТІЙНЕ ОПРАЦЮВАННЯ
3.1с. В електричному пристрої використано мікросхему 136ТР1. Вказати призначення даної мікросхеми і пояснити, за якою ознакою визначається спеціалізація.
(Відповідь: RS-тр
Акустоелектроніка
Акустоелектроніка — це напрямок функціональної мікроелектроніки, оснований на використанні п'єзоелектричного ефекту. Акусто-електроніка займається перетворенням акустичних си
Магнетоелектроніка
Магнетоелектроніка зв'язана е використанням властивостей тонких, магнітних плівок. Застосування магнітних матеріалів як носіїв інформації основане на тім, що вони володіють двома ст
Криоелектроніка
Криогенна: електроніка, чи криоелектроніка,— одна з нових і перспективних галузей науки. Досліджує явища, що відбуваються у твердому тілі при низьких температурах, і практи
Хемотроніка
Хемотроніка як новий науково-технічний напрямок виникло на стику електрохімії й електроніки. Це наука про побудову різноманітних електрохімічних приладів на основі явища, зв'яз
Біоелектроніка
Це напрямок функціональної мікроелектроніки знаходиться в стадії становлення, однак він є одним з найбільш цікавих і перспективних. Біоелектроніка виникла як одна з відгалужень більш загальної наук
ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ
1. Чим викликана необхідність розвитку функціональної
мікроелектроніки як нової галузі технічної електроніки?
2. Назвіть основні напрямки розвитку функціональної
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Відновлення всіх ковалентних зв'язків можливе, якщо четвертий електрон, якого бракує, буде одержаний від найближчого атома германію. Але при цьому на місці електрона, що залишив атом германію, з'явиться дірка, яка може бути заповнена електроном із сусіднього атома германію. Послідовне заповнення вільного зв'язку еквівалентне руху дірок. Домішки з меншою кількістю валентних електронів у атомі порівняно з атомом даного напівпровідника обумовлюють переважання діркової провідності й називаються акцепторними.
Новости и инфо для студентов