(495)510-98-15
Меню
Главная »  Классификация электронных систем 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184

D - коэффициент диффузии, определяющий количество проходящих носителей через площадку, равную 1 см2, в 1 сек при градиенте концентраций, равном единице.

При наличии поля и равномерном распределении концентрации носителей движение зарядов в полупроводниках определяется полем (дрейфовое движение) и подчиняется (так же как и в металлах) закону Ома. Составляющая дрейфового движения определяет в полупроводниковых средах (так же как и в проводниках) их электрическую проводимость.

В зависимости от того, создается ток электронами или дырками, различают электронную и дырочную составляющие тока как при диффузионном, так и дрейфовом движениях. Так как в полупроводниках, свободных от примесей (чистых полупроводниках), при воздействии фононов появляются одновременно оба вида носителей- электроны и дырки, - то результирующий ток в таком полупроводнике содержит электронную и дырочную составляющие. Эти составляющие суммируются арифметически, поскольку заряды разных знаков движутся в противоположных направлениях. Направление тока определяется движением положительных зарядов.

Чистые полупроводники в полупроводниковых приборах применяются сравнительно редко, поскольку (при нормальных темпера-т} pax) они имеют малую проводимость и, кроме того, они не обеспечивают односторонней проводимости (вентильного действия)

Техническое применение в полупроводниковом приборостроении получили в основном примесные полупроводники. В зависимости от рода введенной примеси в них превалирует либо электронная, либо дырочная проводимость. Превалирующая проводимость и определяет название полупроводника - электронный (я-полупро-водник) и дырочный (р-полупроводник). Если основной кристалл откосится к IV группе периодической системы элементов (германий и кремний), а атомы примеси - к V группе (сурьма, мышьяк, фосфор и др.), атомы которых имеют пять валентных электронов (рис. 1.13, а), то при замещении атомом примеси основного атома в кристаллической решетке вещества (рис. 1.13, б) возле узла замещения появляется избыточный электрон, не вступающий в парно-электронную связь с соседними атомами (поскольку эти связи заполнены) и потому слабо связанный с соответствующим узлом решетки. Такому электрону достаточно сообщить небольшую порцию энергии (порядка 0,1 эв), чтобы освободить избыточный электрон от связи с узлом. При этом атом примеси превращается в положительный ион. От дырки он отличается тем, что остается неподвижным в кристаллической решетке полупроводника.

Примесные атомы, отдающие валентный электрон (под действием малых порций энергии), называются донорными. Характерной особенностью донорных атомов является то, что энергетические Уровни их избыточных электронов находятся в запретной полосе кристалла, близко к зоне свободных уровней, как это схематически



показано на энергетической диаграмме (рис. 1.13, е). Эти уровни являются локальными, т. е. не образуют энергетических зон. На рис. 1.13, в показаны четыре локальных энергетических уровня, соответствующих четырем атомам примеси.

Пока освободившиеся электроны не ушли далеко от положительных ионов, слой полупроводника остается электрически нейтраль-

Атом сурьмы

Участок кристалла германия с примесь/о сурьмы


ееее проВодимости

ее©© JL, Запретная полоса

У /М Валентная W A зона

Рис. 1.13. Атом донорной примеси (о), возникновение свободного электрона и положительного иона в кристалле (б) и отражение этого процесса в энергетической диаграмме (е)

ным. При уходе электронов под воздействием каких-либо причин в другие слои кристалла оставшиеся положительные ионы донор-ных примесей создают в данном слое нескомпенсированный положительный объемный заряд..

Атом индия -е\ ,-е

1-е

Участок кристалла германия с примесью индия

Зона I проводимости


Запретная


Рис. 1.14. Атом акцепторной примеси (о), возникновение дырки и отрицательного иона в кристалле (б) и отражение этого процесса в энергетической диаграмме (е)

Для превращения четырехвалентного германия в примесный полупроводник с превалирующей дырочной проводимостью к нему добавляют примеси одного из элементов III группы периодической системы элементов (индий, галлий или бор), атомы которых имеют по три валентных электрона (рис. 1.14, а). При замещении атома германия или кремния атомом такой примеси у одной из валентных связей недостает электрона, что соответствует возникновению дырки (рис. 1.14, б). Дырка легко заполняется электроном из соседних атомов. Атом примеси при этом превращается в неподвижный отрицательный ион. Примесные атомы (под действием малых



порций энергии), присоединяющие к себе валентный электрон, называются акцепторными. Вакантный энергетический уровень в акцепторном атоме расположен также в запретной полосе, но ближе к валентной зоне уровней (рис. 1.14, в). В энергетической диаграмме рис. 1.14, в показаны четыре локальных энергетических уровня четырех атомов акцепторной примеси, присоединивших к себе электроны из валентной зоны уровней.

Пока число дырок в данном слое полупроводника остается таким же, как и число отрицательных ионов в нем, в слое сохраняется зарядная нейтральность. При компенсации некоторого количества дырок электронами, пришедшими из других слоев, в данном слое появляется нескомпенсированный отрицательный объемный заряд, созданный ионами акцепторной примеси.

В зависимости от доли введенной примеси удельная проводимость примесного полупроводника возрастает по сравнению с чистым полупроводником в десятки и сотни тысяч раз.

Носители заряда, определяющие собой вид проводимости в примесном полупроводнике, принято называть основными (электроны в -полупроводнике и дырки в р-полупроводнике), а носители заряда противоположного знака - неосновными (дырки в я-полупро-водиике и электроны в р-полупроводнике).

Характерной особенностью полупроводников любого состава является то, что произведение концентраций основных и неосновных носителей при заданной температуре является величиной неизменной, соответствующей равенству [4]

pn = pini = A2e kT, (1.13)

где р, pi - концентрации дырок соответственно в примесном и чистом полупроводниках; п, щ - концентрация электронов соответственно в примесном и чистом полупроводниках.

Постоянство произведения рп равновесных концентраций дырок и электронов поддерживается тем, что в любом элементе полупроводника действуют два противоположных процесса: генерация электронов и дырок фононами, возникающими при непрерывных колебаниях атомов решетки, а также исчезновение электронов и Дырок при замещении вакантных уровней электронами (процесс рекомбинации). С увеличением абсолютного числа носителей одного знака возрастает число актов рекомбинации, что приводит к уменьшению числа носителей противоположного знака. Равновесие устанавливается, когда произведение рп концентрации носителей в примесном полупроводнике становится равным произведению Pii концентраций носителей в чистом полупроводнике.

Вентильные свойства в полупроводниковых диодах возникают благодаря сочетанию в них двух слоев, из которых один обладает



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.