WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Домішки в напівпровідниках - Реферат

Домішки в напівпровідниках - Реферат

Реферат на тему:

Домішки в напівпровідниках

Легування кристалів донорною або акцепторною домішкою.

Наявність в кристалі домішок та дефектів приводить до утворення в забороненій зоні енергетичних рівнів, положення яких залежить від типу домішки чи дефекта.

Так, наприклад, домішкові атоми B (3 група періодичної таблиці елементів) в кристалі Si приймають електрони з валентної зони, що викликає утворення дірок та виникненя діркової провідності (легований акцепторною домішкою матеріал отримує провідність "Р" типу).

Атоми P (5 група) в кристалі Si віддають електрони в зону провідиності, что викликає виникнення електронної провідності (легований донорною домішкою матеріал отримує провідність "N" типу).

Таким чином, коли мова йде про домішкову провідність, то концентрація додатньо заряджених дірок приблизно рівна концентрації від'ємно заряджених атомів акцепторної домішки (елементів третьої групи, захопивших валентний електрон). Концентрація електронів приблизно рівна концентрації додатньо заряджених донорів (елементів п'ятої групи, які віддали електрон).

Тепловий рух дірок можна в спрощеному виді розглядати як рух додатньо зарядженої вакансії валентного електрона. Див. правий рисунок, де червоний шарик позначає дірку, що виникла при іонізації акцепторної домішки. Її переміщення відбувається валентними зв'язками. Тепловий рух електрона, який віддала донорна домішка, в першому наближенні можна розглядати як дифузію в міжатомному просторі. Голубий шарик на правому рисунку відображає тепловий рух електрона, що виник при іонізації донорної домішки.

Акцепторний центр може захоплювати вільну дірку та ставати нейтральним, поки знову не іонізується, віддавши дірку. Аналогічно, донорний рівень може захоплювати вільний електрон і також на деякий час ставати нейтральным.(Див. правий рисунок, на якому синім кольором виделено атом іонізованої акцепторної домішки, червоним - донорної)

Діаграми, які поясюють ефект легування напівпровідникового кристалу атомами акцепторної домішки (В):

При іонізації акцепторного атома, він захоплює електрон і заряжується від'ємно, при цьому в валентній зоні кристала з'являється вільна дірка. При низьких температурах більша частина акцепторної домішки не іонізована, і рівень Фермі разміщений між стелею валентної зони та акцепторним рівнем. При підвищенні температури кількість електронів, що переходять з валентної зони на акцепторний рівень зростає, відповідно зростає і концентрація дірок (ділянка 1 на правій верхній диаграмі). При цьому рівень Фермі наближується до акцепторного рівня (ліва діаграма). При деякій температурі вся домішка виявляється іонізованою, і концентрація дірок (що виникли за рахунок акцепторів) перестає змінюватись (ділянка 2 на диаграмі). Це ділянка спустошення акцепторної домішки (рівень Фермі в йій області вище акцепторного рівня). При подальшому збільшенні температури наступає момент, коли концентрація носіїв зарядів, які виникають при збудженні електронів з валентної зони в зону проводимости, стає більше за концентрацію акцепторної домішки, і залежність концентрації дірок від температури приймає такий ж вид, що і у власному напівпровіднику (ділянка 3), при цьому рівень Фермі знаходиться поблизу середини забороненої зони.

При іонізації донорного атома, він віддає електрон в зону провідності та отримує додатній заряд. При низьких температурах більша частина донорної домішки не іонізована і рівень Фермі розміщений між дном зони провідності та донорним рівнем. При підвищенні температури кількість електронів, що переходять з донорного рівня в зону провідності зростає, отже зростає і концентрація вільних електронів (ділянка 1 на правій діаграмі внизу).

Діаграми, які пояснюють еффект легування напівпровідникового кристалу атомами донорної домішки (P):

При зростанні температури рівень Фермі наближується до донорного рівня (ліва діаграма). При неякому значенні температури вся домішка виявляоється іонізованою і концентрация електронев (які виникли за рахунок іонізації донорів) перестає змінюватись (ділянка 2 на діаграмі). Це ділянка спустошення донорної домішки (рівень Фермі в цій области нижче донорного рівня). При подальшому збільшенні температури наступає момент, коли концентрація електронов, що виникли при їх збудженні з валентної зони в зону провідності, стає більшою за концентрацію донорної домішки і залежність концентрації електронів від температури приймає такий ж вид, що і у власному напівпровіднику (ділянка 3), при цьому рівень Фермі знаходиться поблизу середини забороненої зони.

Положення рівня Фермі для легованого матеріалу, так само, як і для власного, визначають з розв'язку рівняння неперервності.

Для акцепторного напівпровідника:

Нижній рисунок показує положення розподілу густини станів і, відповідно, положення рівня Фермі у власному та легованих напівпровідниках при низькій температурі.

Використана література:

  1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая школа, 1978.

  2. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники. -М.: Высшая школа, 1975.

  3. Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.

  4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1988.

  5. Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: высшая школа, 1982.

  6. Гершунский В.С. Основы электроники. - К.: Вища школа, головн. из-во, 1982.

  7. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.:Энергоатомиздат, 1985.

Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1986.

Loading...

 
 

Цікаве