WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

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

ГоловнаТехнічні науки → Електропровідність напівпровідників. - Реферат

Електропровідність напівпровідників. - Реферат

Реферат на тему:

Електропровідність напівпровідників.

Особливості енергетичних зон металів, напівпровідників та діелектриків.

Концентрація електронів та дірок у власному напівпровіднику.

В металах валентна зона заповнена не повністю (вони володіють низькою валентністю), рис. 4, в результаті чого валентні електрони можуть вільно переміщатись між атомами і, відповідно, концентрація вільних електронів є надзвичайно великою. Енергетичний рівень, який розділяє заповнену та вільну частини зон в металі, називають рівнем Фермі (в дійсності - це поверхня). Формально рівень Фермі (F) можна визначити як енергетичний рівень, ймовірність заповненвя якого рівна . Нижче цього рівня переважають електрони, вище переважає вільний простір (дірки).

Рис 4. Енергетична діаграма металу.

Напівпровідники та діелектрики відрізняються шириною забороненої зони. В напівпровідниках, як правило, заборонена зона є менша і не перевищує 3еВ, тому для напівпровідників ймовірність розриву валентних зв'язків за рахунок теплового нагрівання є значно більшою, аніж у діелектриків і навіть при кімнатній температурі напівпровідники можуть володіти кінцевою електронною провідністю. При цому власна концентрація носіїв заряду залежить від ширини забороненої зони та температури. Рівень Фермі у власних напівпровідниках та діелектриках лежить всередині забороненої зони. На відміну від металів в ідеальних власних напівпровідниках всередині зони дозволених рівнів немає і, відповідно, не може бути електронів з такими енергіями, однак, якщо б вони були, то ймовірність їх заповнення була б рівна . Тобто і в цьому випадку він вказує на те, які стани можуть бути заповнені електронами, а які ні. Дійсно, валентна зона лежить нижче рівня Фермі - вона заповнена електронами, зона провідності знаходиться вище рівня Фермі, ймовірність заповнення її електронами fn<<1. Для власної провідності напівпровідників та діелектриків можна записати:

(13)

де А - величина, яка слабо злежить від температури, Ec та F - енергія дна зони провідності та рівня Фермі, Eg - ширина забороненої зони, k - постійна Больцмана, T - значення абсолютної температури (К). Енергетична діаграма для напівпровідника, діелектрика та металу на рис. 5 поясює прийняті енергетичні позначення.

Рис. 5.Енергетичні діаграми напівпровідника, діелектрика та металу.

В доповненвя до введенних позначень на рис. 5 через Фm позначено роботу виходу електрона з металу - це енергія, яку необхідно надати електронові, щоб він вийшов у вакуум з нульовою кинетичною енергією з рівня Фермі в металі (відповідний рівень енергії позначений E=0). За аналогією були прийняті поняття для роботи виходу з напівпровідника (Фs) та діелектрика (Фd), однак, оскільки в цих матеріалах немає на рівні Фермі електронів і її можна тільки розрахувати, то щоб підкреслити це, таку роботу виходу називають термодинамічною. Виміряти можна енергію, яку потрібно надати електронові, який знаходиться в зоні провідності, щоб він вийшов з кристалу.

Цю енергію називають спорідненністю до електрона, на рис.5 вона позначена χs и χi.

Як видно з формули, власна концентрація напівпровідників (а, отже, і провідність) дуже сильно залежить від температури. Концентрація, розрахована у відповідності з формулою 1 для діелектриків, дает значенння, що близьке до 0 (в см-3).

На рис. 6 показано залежності власної концентрації від температури для трьох напівпровідникових матеріалів: германію (Ge), кремныю (Si) та арсеніду галію (GaAs).

Рис. 6. Залежність власної концентрації електронів від зворотньої температури в Ge, Si, GaAs.

Вільні носії заряду, які створюють електропровідність, рухаються хаотично, зіштовхуючись з атомами решітки та один з одним. Оскільки їх поведінка нагадує поведінку частинок газу, для їх описання використовують основніе поняття молекулярно-кінетичної теорії газів, такі як: статистичну ймовірність розподілу електронів та дірок за енергіями, поняття довжини вільного пробігу, дифузії частинок та інші. Такий підхід є наближеним, таким, що значно спрощує реальні процеси в твердому тілі, тому приходиться вводити цілий ряд поправок, які, з однієї сторони, ускладнюють модель, з іншої роблять її такою, що більше відповідає реальним процесам.

Перш за все усі зміни характеристик вільних носіїв заряду відбуваються на дуже малих віддалях, які зрівнювані з віддалями між атомами і складають декілька ангстрем, ттобто на віддалях, які набагато менші за довжину хвилі світла. Отже, ці процеси повинні підкорятися основним закономірностям, що описуються квантовою фізикою. Згідно з квантовою фізикою енергія будь-яких частинок мікросвіту є квантованою.

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