Собственная проводимость проводников. Электроны проводимости и дырки
Собственная проводимость проводников. Электроны проводимости и дырки - Лекция, раздел Физика, Часть курса физики Полупроводники (П/п) – Это Вещества, ...
Полупроводники (п/п) – это вещества, у которых при Т = 0 К валентная зона полностью заполнена электронами, а ширина запрещенной зоны DWзап около 1эВ (см. рис.9.5 а). Например: DWзап (Si) = 1,1 эВ; DWзап(Gе) = 0,72 эВ.
При Т >0 К часть электронов за счет энергии теплового движения kT могут забрасываться в свободную зону (зону проводимости, см. рис. 9.5 б).
Собственная проводимость п/п возникает при переходе электронов из валентной
зоны в свободную зону, которую также называют зоной проводимости. Электроны в зоне проводимости легко ускоряются электрическим полем, т. к. у электронов есть возможность увеличить энергию за счет перехода на более высокие свободные уровни. Их называют электронами проводимости. При уходе электрона из валентной зоны там остается положительно заряженная вакансия, (свободный уровень). На это место может перескочить соседний электрон, т. е. вакансия (дырка) передвинется.
Образованная при уходе электронаиз валентной зоны вакансия эквивалентна положительной квазичастице, которую называют дыркой.
Процесс перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости называют рождением электронно-дырочной пары. При встрече электрона проводимости и дырки может произойти их соединение - рекомбинация. В результате пара исчезает.
В равновесии число актов рождения (генерации) пар равно числу актов рекомбинации.
Рассмотрим зависимость собственной проводимости от температуры (см. рис.9.6). Вероятность f перехода электрона на свободный уровень задается распределением Ферми: f = (exp[(W – WF)/kT] – 1)-1
| |
Так как проводимость s пропорциональна числу электронов в свободной зоне, а это значение пропорционально величине f, то получим:
, (9.6)
где s0-константа, DWзап – ширина звпрещенной зоны, k – постоянная Больцмана, Т- температура
9.7. Примесная проводимость п/п.
Электронный и дырочный п/п.
Примесная проводимость возникает, если некоторые атомы кристалла (основные) заменить атомами другой валентности (примесью).
1. Если валентность примеси больше валентности основного элемента, то получается полупроводник n – типа (см. рис. 9.7). Например, если атом фосфора Р (5-ти валентный) замещает основной атом кремния (4-х валентный),то 5-й электрон у Р очень слабо держится, легко отрывается и становится свободным (электроном проводимости).
Атомы примеси, поставляющие электроны проводимости, называют донорами.
Донорные уровни находятся вблизи дна зоны проводимости в запрещенной зоне. Электроны с донорного уровня легко переходят в зону проводимости. Итак, донорные уровни поставляют лишь один вид носителей тока - электроны.
Полупроводник с донорной примесью обладает электронной проводимостью и называется п/п n - типа (negative – отрицательный).
2. Если валентность примеси меньше валентности основного элемента, то получается полупроводник р - типа (см. рис.9.8). Например, примесь бора В - трехвалентна. Здесь недостает для комплекта связей одного электрона. Это еще не дырка. Но если из связи Si = Si сюда перейдет электрон, то появится настоящая дырка.
Атомы примеси, вызывающие возникновение дырок, называют акцепторными.
Акцепторные уровни находятся в запрещенной зоне вблизи верха валентной зоны.
Полупроводники с акцепторной примесью обладают дырочной проводимостью и называются п/п р – типа (positive - положительный).
С повышением температуры Т - концентрация примесных носителей быстро достигает насыщения, т. к. освобождаются все донорные уровни или заполняются акцепторные уровни. При дальнейшем повышении Т все больший вклад дает собственная проводимость п/п.
9.8. р / n переход.
В n – полупроводнике – основные носители тока – электроны, в р – типе полупроводника основные носители – дырки (см. рис.9.9). При контакте электроны из полупроводника n – типа диффундируют к р – типу, а дырки, наоборот, из п/п р – типа движутся к п/п n – типа. При этом область р заряжается (-), а n - область (+). Этот переход будет проходить до тех пор, пока создавшееся внутреннее электрическое поле не станет этому препятствовать. При этом, в равновесии уровни Ферми сравниваются (см. рис.9.10), а ток основных носителей Iосн будет равен току неосновных носителей Iосн = Iнеосн
При прикладывании к p-n переходу внешней разности потенциалов U >0 (+) прикладывается к р-типу полупроводников, (-) к n-типу, ток основных носителей начинает быстро возрастать с ростом U .
При приложении обратного, запирающего напряжения U<0 ток основных носителей прекращается и остается лишь ток неосновных носителей .
В результате получается вольт-амперная характеристика, показанная на рис.9.11.
На полупроводниковых элементах в настоящее время создано огромное количество приборов, в частности, все компьютеры и электронные системы управления. На 90% настоящий и грядущий технический прогресс обусловлен развитием полупроводниковых технологий.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Часть курса физики
Лекция Молекулярно кинетическая теория газов... Основные понятия Уравнение состояния...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Собственная проводимость проводников. Электроны проводимости и дырки
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.018 сек.
Новости и инфо для студентов