1. Зонная модель полупроводника

1. Зонная модель полупроводника

1. Зонная модель полупроводника.
К полупроводникам (ПП) относятся вещества, занимающие по величине удельной электронной проводимости среднее положение меж металлами и диэлектриками. Их удельная электрич. проводимость лежит в границах от 10-8 до 105 см/м и в 1. Зонная модель полупроводника отличие от металлов она увеличивается с ростом темпер-ры.

ПП представляют собой довольно многочисленную группу веществ. К ним относятся химич. элементы: германий (Ge), кремний (Si), бор, углерод, фосфор, сера, мышьяк, селен 1. Зонная модель полупроводника, сероватое олово, теллур, йод, некие химич. соед-ния и многие органич. вещества.

В электронике находят применение ограниченное кол-во полупроводниковых материалов. Это, сначала Si, Ge, и арсенид галлия.

Используемые в электронике ПП 1. Зонная модель полупроводника имеют очень совершенную кристаллическую структуру. Их атомы расположены в пространстве в строго повторяющейся последовательности на неизменных расстояниях друг от друга, образуя кристалл-ую решетку. Решетка более всераспространенных в электронике полупроводников – Ge и Si – имеет структуру 1. Зонная модель полупроводника алмазного типа. В таковой реш. каждый атом вещества окружен 4-мя такими же атомами, находящимися в верхушках правильного тетраэдра.

Каждый атом, находящийся в кристаллической решетке, электрически нейтрален. Силы, удерживающие атомы в узлах решетки 1. Зонная модель полупроводника, имеют квантово-механический нрав; они появляются за счет обмена взаимодействующих атомов валентными электронами. Схожая связь атомов носит заглавие ковалентной связи, для ее сотворения нужна пара электронов.

В Ge и Si, являющихся 4х 1. Зонная модель полупроводника-валентными элементами, на внешней оболочке имеется по четыре ковалентные связи с 4-мя наиблежайшими, окружающими его атомами.



рис. 1. рис. 2.

На рис. 1 показ. условн. изображ. кристалич. решетки Si на плоскости:

1 – атом кремния, 2 – ковалентная 1. Зонная модель полупроводника связь, образованная одним электроном.

На рис. 2 показ. образование свободного электрона под действием термический энергии:

1 – нарушенная ковалентн. связь, 2 – свободный электрон, 3 – незаполненная связь (дырка).

рис. 3.

EV – энергетич. уровень (max энергия связанного электрона), Ed – энергия 1. Зонная модель полупроводника донора, Ec – зона проводимости (min энергия свободного электрона), Eg – ширина нелегальной зоны.

EF – уровень Ферми, возможность наполнения кот. равна ½.
^ 2. Электропроводность полупроводников.
К полупроводникам (ПП) относятся вещества, занимающие по величие удельной электронной проводимости (ЭП 1. Зонная модель полупроводника) среднее положение меж проводниками (металлы) и диэлектриками. Значения удельной ЭП этих 3-х классов веществ приведены в табл.



Главным признаком, выделяющим ПП как особенный класс веществ, явл. сильное воздействие температуры и концентрации 1. Зонная модель полупроводника примесей на их ЭП. Так, к примеру, даже при сравнимо небольш. повыш. темп-ры проводимость ПП резко увеличивается (до 5 – 6% на 1ºС).

Практически у всех ПП сильное изменение ЭП появляется под действием света, ионизирующих 1. Зонная модель полупроводника излучений и др. энергетич. воздействий. Т.о ПП – это вещество, удельная проводимость кот. значительно находится в зависимости от внешн. причин.

Электропроводность ПП определяется направленным движением электронов под действием наружного 1. Зонная модель полупроводника электронного поля.

В ПП валентная зона и зона проводимости разбиты не широкой нелегальной зоной. Под действием наружного эл. поля вероятен переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. При всем этом в 1. Зонная модель полупроводника валентной зоне появляются свободные энерго уровни, а в зоне проводимости возникают свободные электроны, именуемые электронами проводимости. Этот процесс наз. генерацией пар носителей, а не занятое электроном энергетич. состояние в валентной зоне – дырка.

Электропроводность, обусловленную 1. Зонная модель полупроводника генерацией пар носителей заряда электрон-дырка, именуют своей электропроводностью. Возвращение возбужденных электронов из зоны проводимости в валентную зону, в рез. которого пара носителей заряда электрон-дырка исчезает, именуют рекомбинацией.

^ Дрейфовый ток. Электроны и 1. Зонная модель полупроводника дырки в кристалле нах-ся в сост. хаотического термического движ-ия. При появлении эл. поля на хаотич. движение накладывается компонента направленного движ., обусловленного действием этого поля. В рез. электроны и 1. Зонная модель полупроводника дырки начин. перемещ-ся повдоль кристалла – появляется эл. ток, кот. именуется дрейфовым током.

^ Диффузионный ток обоснован перемещением носителей заряда из области высочайшей концентрации в область более низкой концентр.

Одним из основных принципов 1. Зонная модель полупроводника, лежащих в базе многих физических процессов, явл. принцип электронной нейтральности полупроводника, заключающийся в том, что в сост. равновесия суммарный заряд в ПП равен нулю. Он выражается уравнением электронейтральности:

.
^ 3. p-n переход 1. Зонная модель полупроводника в критериях термодинамического равновесия.
Основная часть полупроводниковых устройств – это p-n переход. p-n переход – это граница раздела меж 2-мя ПП с различным типом электропроводности – p и n.



Мы знаем, в р 1. Зонная модель полупроводника-области дырок много, а в п-области их не много, и соответственно в п-области электронов много, а в р-области их не достаточно. В итоге таковой разности концентрации появляется процесс диффузии. В 1. Зонная модель полупроводника итоге чего появляются диффузионные токи дырок и электронов. Эти токи явл. токами главных носителей зарядов. Дырки из р-области перебегают в п-область и рекомбинируют с электронами. Также электроны перебегают из п 1. Зонная модель полупроводника-области в р-область и рекомбинируют с дырками. В рез. в р-п переходе появляется слой без подвижных носителей заряда, имеющий огромное R, и кот. именуется запирающим слоем. В этом слое имеются только 1. Зонная модель полупроводника отриц. заряды ионов, кот. делают отрицательный заряд –q, и положительный заряд ионов +q. Эти заряды делают эл. поле Eвн, направленное от + к – с отриц. потенциалом в р-области и положит. потенциалом в п 1. Зонная модель полупроводника-области. Эта разность потенциалов наз. контактной разностью потенциалов.

Эти заряды +q и –q препятствуют предстоящему прохождению главных носителей ч/з р-п переход. Дырки отталкиваются от +q, а электроны отталкиваются 1. Зонная модель полупроводника от –q. Т.е. процесс диффузии приостанавливается и Iдиф далее не вырастает. Потому мы говорим, что в р-п переходе появляется возможный барьер для главных носителей. В то же время эти большие заряды 1. Зонная модель полупроводника +q и –q своим эл. полем Е действуют ускоряюще на неосновные носители зарядов (электроны из р-области притягиваются к +q, а дырки из п-области к –q). В итоге неосновные носители под действием 1. Зонная модель полупроводника эл. поля Е просто перейдут ч/з р-п переход и создадут дрейфовые токи. Дрейфовые токи – это токи неосновных носителей. В некий момент времени дрейфовый и дифф. ток ч/з 1. Зонная модель полупроводника р-п переход становятся равными и обратными, тогда Iобщ=Iдр+Iдиф=0.



Энергетическая диаграмма р-п перехода в состоянии термодинамического равновесия.


1-v-kakih-proizvedeniyah-dejstvie-proishodit-v-sankt-peterburge.html
1-vbasne-i-a-krilova-shuka-i-kot-est-takie-stroki-kto-za-remeslo-chuzhoe-bratsya-lyubit-tot-zavsegda-drugih-upryamej-i-vzdornej-on-luchshe-delo-vse-pogubit-i.html
1-vibrosite-vash-kalendar-kak-projti-vokrug-sveta-na-yahte.html