Автор: Пользователь скрыл имя, 13 Октября 2015 в 22:41, реферат
Электрический ток в полупроводниках обусловлен движением сравнительно небольшого количества электронов. Эта характерная особенность полупроводников объясняется тем, что валентные электроны атомов, из которых состоят полупроводники, связаны со своими атомами и не могут двигаться, т. е. не являются свободными. Отрыв их от атомов может произойти в результате нагревания полупроводников внешним источником тепла, а для некоторых полупроводников при их освещении, т. е. в результате действия лучистой энергии
При достаточно большой концентрации доноров (NД3) их энергия ионизации обращается в ноль, так как образовавшаяся примесная зона перекрывается зоной проводимости. Такой полупроводник является вырожденным. Температурная зависимость концентрации носителей заряда в этом случае характеризуется ломаной линией с двумя прямолинейными отрезками ж—з и з—и. Концентрация электронов в вырожденном полупроводнике n-типа постоянна во всем диапазоне примесной электропроводности. Вырожденный полупроводник способен проводить электрический ток даже при очень низких температурах. Перечисленные свойства роднят вырожденные полупроводники с металлами.
Рассмотрев влияние температуры на концентрацию и подвижность носителей заряда, можно представить и общий ход изменения удельной проводимости при изменении температуры. В полупроводниках с атомной решеткой (а также в ионных при повышенных температурах) подвижность меняется при изменении температуры сравнительно слабо (по степенному закону), а концентрация очень сильно (по экспоненциальному закону). Поэтому температурная зависимость удельной проводимости похожа на температурную зависимость концентрации (рис. 4.10).
Рис. 4.10
В диапазоне температур, соответствующих истощению примесей, когда концентрация основных носителей заряда остается практически неизменной, температурные изменения удельной проводимости обусловлены температурной зависимостью подвижности. Снижение удельной проводимости в области низких температур связано, с одной стороны, с уменьшением концентрации носителей заряда, поставляемых примесными атомами (донорами или акцепторами), а с другой — уменьшением подвижности за счет усиливающегося рассеяния на ионизированных примесях. Резкое возрастание удельной проводимости при повышенных температурах соответствует области собственной электропроводности, которая характеризуется равенством концентраций электронов и дырок. Для этой области ɣi = eni(µn + µp)
По наклону прямой на участке собственной электропроводности можно определить ширину запрещенной зоны полупроводника.
На рис. 4.10 приведены кривые для различных значений концентрации примесей, вплоть до вырождения полупроводника. Чем больше концентрация доноров, тем больше электронов поставляется в зону проводимости при данной температуре, тем выше значение удельной проводимости. С изменением содержания примесей смещается и температура перехода к собственной электропроводности. Повышая степень чистоты материала, можно добиться наступления собственной электропроводности даже при комнатной температуре.
У вырожденного полупроводника (NД3) концентрация носителей заряда не зависит от температуры, а температурная зависимость удельной проводимости в области примесной электропроводности качественно подобна температурному изменению удельной проводимости металлов.
У реальных полупроводников температурное изменение проводимости может значительно отклоняться от рассмотренных зависимостей вследствие ряда причин. Одна из них связана с тем, что на практике в материалах имеется не один, а несколько видов примесных дефектов, у которых энергии ионизации могут быть различными. Другая причина появления некоторых аномалий в температурной зависимости проводимости может быть обусловлена различием подвижностей электронов и дырок.
Если это различие велико, то значение собственной проводимости не отвечает минимуму проводимости полупроводникового материала при данной температуре. Меньшей проводимостью может обладать примесный полупроводник в области смешанной электропроводности. Так, в образцах p-типа при достаточно низких температурах вкладом электронной составляющей проводимости можно пренебречь в формуле.
С повышением температуры концентрация дырок остается неизменной (участок истощения), а их подвижность несколько падает, что приводит к снижению дырочной проводимости. По мере приближения к собственной электропроводности резко возрастает концентрация электронов и, если их подвижность существенно превышает подвижность дырок, то при некоторой температуре Ti будет выполняться условие
µnn0 = µpp0
Температура Ti соответствует минимуму проводимости, поскольку с ростом температуры электронная составляющая тока растет, а дырочная - падает. Минимальное значение проводимости
ɣmin = 2ep0µp
Список литературы
Пасынков В. В. Материалы электронной техники. 2004.
Энергетика, Оборудование, Документация
- http://forca.ru/knigi/arhivy/