Какие носители заряда являются основными в полупроводниках p типа?

5 ответов на вопрос “Какие носители заряда являются основными в полупроводниках p типа?”

  1. TORECUM Ответить



    Если некоторый полупроводник одновременно легирован донорами и акцепторами, то можно получить материал любого типа в зависимости от того, какая из добавок имеет большую концентрацию.
    Расчёт параметров n и p для примесного полупроводника нужно производить с учетом условия электронейтральности, связывающего концентрации носителей заряда и концентрации примесных атомов.

    где n и p – концентрация электронов и дырок, N+д – концентрация ионизированных доноров, N-a – концентрация ионизированных акцепторов.
    Справедливость этого условия вытекает из следующих положений:
    Полупроводник, на который не действует внешнее электрическое поле, является электрически нейтральным.
    Введение донорных примесей с концентрацией Nд и акцепторных – с концентрацией Nа обуславливает появление добавочных электронов и дырок.
    Все донорные и акцепторные примеси ионизированы.
    Часто в практически важных случаях, когда T=Tкомн=3000K и все доноры ионизированы, а точнее когда выполняется условие

    (где gд=2 – фактор вырождения примесного уровня, что справедливо при низких температурах)
    можно считать, что

    Тогда




    C учётом этого концентрация ионизированных доноров:

    (*)
    Логарифмируем (*) и получаем выражение для положения уровня Ферми в примесном полупроводнике n-типа:

    Концентрация ионизированных акцепторов:


    Если при определённых условиях, скажем при низких температурах, некоторые атомы донорной примеси оказываются неионизированными, то концентрация ионизированных атомов этой примеси:

    NД+ является мерой числа ушедших с донорских уровней, значит:

    P(ЭД) – вероятность нахождения e– на уровне ЭД,
    {1-P(ЭД)} – вероятность того, что е– не находится на уровне ЭД,
    NД – общая концентрация атомов донорной примеси
    NДn – концентрация нейтральных атомов этой примеси
    Найдем NДn в соответствии с распределением Ферми-Дирака:

    Отсюда:

    где Pn(ЭД) – вероятность того, что е- находится на уровне ЭД,
    gД – фактор вырождения примесного уровня,
    множитель учитывает то, что на примесном уровне содержится лишь один электрон.
    Аналогично

    Отсюда

    множитель учитывает наличие двух ориентаций спина и существования двух вырожденных валентных зон (как это в кремнии)
    Отметим, что энергетический уровень будет вырожденным, если одному и тому же значению энергии соответствуют различные состояния электрона (например, отличия в магнитных спинах).
    Если полупроводник легирован донорной примесью с концентрацией Nд (см-3)

    n – концентрация e– в зоне проводимости
    p – концентрация e+ в валентной зоне
    Nд+ – концентрация ионизированных доноров

    g – фактор вырождения донорного примесного уровня. g=2, т.к. электрон на этом уровне может иметь одно из двух значений спина.
    концентрация ионизированных акцепторов

    gA – фактор вырождения акцепторного состояния.
    B Ge, Si и GaAs gA=2 из-за двухкратного вырождения валентной зоны при волновом векторе k=0.
    Таким образом







    В интервале 150 ? T ? 3000K можно считать

    a – температурный коэффициент изменения величины DЭ, [эВ/0К];
    тогда

    (*)
    Ao – некоторая постоянная


    Правая часть этого (*) уравнения зависит от T и DЭ и не зависит от концентрации носителей. Поэтому левая часть должна оставаться постоянной независимо от того является полупроводник чистым или в нём присутствуют примеси.




    A¹A0, но A – это const.

  2. Mrs.Viktoria Ответить

    В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника. Те носители, концентрация которых выше, называют основными носителями заряда, а носители другого типа — неосновными.
    Если концентрация электронов значительно превосходит концентрацию дырок, то такой полупроводник называют полупроводником n-типа проводимости. В этом случае основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями — дырки.
    Соответственно, если концентрация дырок выше, чем электронов, то полупроводник называют полупроводником p-типа. В нем основными носителями являются дырки, а неосновными носителями — электроны.
    Вопрос
    Донорные примеси – атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию электронов.Донорными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с меньшей, чем у примеси, валентностью.
    Акцепторные примеси – атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию дырок.Акцепторными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с большей, чем у примеси, валентностью.
    Влияние примесей на носители заряда:
    Вывод: донорные примеси отдают лишние валентные электроны, образуя полупроводник н- типа, а акцепторные примеси создают дырки, образуя полупроводник р-типа.
    Вопрос
    Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.
    p-n-Перехо?д (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двухполупроводниковp- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

    Вопрос
    Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.
    Выходные параметры выпрямителя:
    номинальное среднее выпрямленное напряжение U0;
    номинальный средний выпрямленный ток I0;
    коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения Kп01;
    частота пульсаций выпрямленного напряжения Fп;
    внутреннее сопротивление выпрямителя R0;
    Коэффициентом пульсации Kп01 называется отношение амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения U01 к среднему значению выпрямленного напряжения U0.
    Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупериодного выпрямителя. Графики, поясняющие его работу при синусоидальном входном напряжении Uвх=Uвх maxsin(?t)
    Вопрос
    Очевидно, что параметры выпрямителя можно улучшить, если обеспечить протекание тока нагрузки в оба полупериода действия входного напряжения. Этого можно добиться, используя две схемы однополупериодного выпрямления, работающие синхронно и противофазно на единую нагрузку. Такое включение, однако, потребует наличия двух источников первичного напряжения, имеющих общую точку: Uвх1=Uвх maxsin(?t), Uвх2=Uвх maxsin(?t+?). Описанная схема называется однофазной двухполупериодной схемой выпрямления со средней точкой
    Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Такая потребность обусловлена тем, что один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а другой вывод постоянно подключен к средней точке этих источников.

    Вопрос
    необходимость в средней точке отпадет, если и второй вывод нагрузки при помощи второй аналогичной диодной схемы будет синхронно и противофазно подключаться к неиспользуемым на соответствующем интервале времени выводам источников питания. Схемотехническая реализация такого метода представлена на рис. 3.4?9. Эта схема носит название однофазного мостового выпрямителя и является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений.
    Вопрос
    Сглаживающий фильтр — устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока диодным мостом. Простейшим сглаживающим фильтром являетсяэлектролитический конденсатор большой ёмкости, установленный на схеме параллельно нагрузке, соблюдая полярность конденсатора. Нередко устанавливается параллельно электролитическому конденсатору плёночный (или керамический) для переменного тока ёмкостью 0,01 микрофарады, для устранения помех сети 220.
    Сглаживающие фильтры питания предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Принцип работы простой – во время действия полуволны напряжения происходит заряд реактивных элементов (конденсатора, дросселя) от источника – диодного выпрямителя, и их разряд на нагрузку во время отсутствия, либо малого по амплитуде напряжения.
    ⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒
    Рекомендуемые страницы:
    ©2015-2019 poisk-ru.ru
    Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
    Дата создания страницы: 2017-04-20
    Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных
    ?

    Обратная связь
    ТОП 5 активных страниц!
    Деталирование сборочного чертежа
    Когда производственнику особенно важно наличие гибких производственных мощностей?
    Собственные движения и пространственные скорости звезд
    Тема 11. Банковские риски и способы их оценки
    Опросник «Активность повседневной жизни»

  3. Nuadagelv Ответить

    ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ
    ПОЛУПРОВОДНИКИ
    Виды и структура полупроводников.
    К полупроводникам относятся вещества с удельной электропроводностью s в интервале 10-10< s< 104 См/см. Вещества с меньшей электропроводностью относят к диэлектрикам, с большей – к металлам. Эти границы условны, особенно между диэлектриками и полупроводниками. Главное различие между полупроводниками и металлами заключается в том, что у металлов удельное сопротивление возрастает с ростом температуры, а у полупроводников – падает.
    К полупроводникам относится большая группа веществ, но в производстве приборов используются лишь немногие, главным образом, германий Ge, кремний Si, арсенид галлия GaAs и некоторые другие.
    Структура полупроводников.
    Кристаллическая решетка.
    Применяемые в электронике полупроводники имеют, как правило, монокристаллическую структуру, т.е. во всем объеме вещества атомы размещены в узлах строго определенной единой кристаллической решетки. Кристаллическая решетка состоит из множества повторяющихся и примыкающих друг к другу элементарных ячеек той или иной формы и размера. В случае простейшей кубической решетки ребро элементарной ячейки – куба – является постоянной решетки.

    В германии и кремнии атомы образуют кубическую решетку типа алмаза, где каждый атом связан с 4-мя ближайшими соседями ковалентной связью. Для наглядности эту решетку можно представить в виде плоской модели (рис.1.1а), где двойные черточки, связывающие атомы, отображают ковалентную химическую связь, образованную двумя электронами.
    Дефекты решетки.
    Структура кристалла никогда не бывает идеальной, всегда имеются дефекты решетки и дислокации (смещения плоскостей решетки).
    Дефекты точечного типа могу иметь вид пустого узла (дефект по Шоттки), совокупности пустого узла и междуузельного атома (дефект по Френкелю) или чужеродного атома – примеси. Любой реальный кристалл содержит примеси – либо паразитные, от которых не удается избавиться при очистке, либо полезные, которые вводятся специально для получения нужных свойств кристалла. Примеси могут располагаться либо между узлами решетки (примесь внедрения), либо в самих узлах вместо основных атомов (примесь замещения).
    Поверхность кристалла.
    На поверхности кристалла часть ковалентных связей оказывается разорванной, что приводит к нарушению энергетического равновесия. Равновесие восстанавливается различными путями: может измениться расстояние между атомами в приповерхностном слое; может произойти захват – адсорбция – чужеродных атомов или молекул; может образоваться химическое соединение (например, окисел), не имеющее незаполненных связей на поверхности, и т. п. В любом случае структура тонкого приповерхностного слоя (толщиной несколько нанометров) отличается от структуры основного объема кристалла и этот слой следует рассматривать как особую область кристалла.
    Носители заряда в полупроводниках.
    В полупроводниках существуют два вида носителей заряда – электроны и дырки. В структуре на рис.1а нет свободных носителей заряда – все электроны связаны с атомами и не могут перемещаться по кристаллу, вещество не проводит электрический ток, т.е. является диэлектриком. Но такое положение существует только при абсолютном нуле температуры. С ростом температуры возрастает энергия колебательных движений атомов, и некоторая часть электронов приобретает энергию, достаточную для отрыва от атома. Оторвавшийся электрон может свободно перемещаться по кристаллической решетке. В том месте, откуда выбит электрон, образуется некомпенсированный положительный заряд, равный заряду электрона. Это и есть дырка. Она также может свободно перемещаться по кристаллу за счет перескока валентного электрона с соседних атомов, в результате дырка оказывается у соседнего атома и далее этот процесс повторяется. В результате образуется электронно-дырочная пара, как показано на рис.1б, где дырка обозначена мелким светлым кружком, электрон – темным. Этот процесс принято описывать как результат столкновения электрона с фононом. Фонон – квант энергии колебательных движений атомов кристаллической решетки. При столкновении фонон исчезает, его энергия передается электрону.
    Процесс образования электронно-дырочных пар под действием теплового движения называется термогенерацией. Наряду с термогенерацией идет и обратный процесс – рекомбинация, – когда свободный электрон соединяется с дыркой и восстанавливается валентная связь, пара носителей исчезает.
    Собственные и примесные полупроводники.
    Собственный полупроводник – беспримесный и бездефектный полупроводник с идеальной кристаллической решеткой. В собственном полупроводнике электроны и дырки всегда образуются парами и их концентрации и равны:
    ni=pi
    Здесь n и p – концентрация электронов и дырок соответственно, индексом “i” обозначают свойство, относящееся к собственному полупроводнику.
    Примесные полупроводники содержат атомы посторонних элементов, встроенные в кристаллическую решетку. Примеси специально вводят в полупроводник для изменения его электрофизических свойств (этот процесс называется легированием). В примесных полупроводникахконцентрации электронов и дырок могут отличаться на много порядков.
    Примеси бывают донорные, акцепторные и нейтральные.
    Для четырех валентных элементарных полупроводников, таких как германий и кремний, донорными примесями являются атомы пятивалентных элементов, таких как фосфор P, мышьяк As, сурьма Sb, акцепторными – атомы трехвалентных элементов: бор B, индий In, галлий Ga, алюминий Al.
    Встраиваясь в решетку, атомы пяти валентных элементов образуют четыре связи с ближайшими соседями, пятый электрон оказывается лишним. Он не участвует в образовании химической связи и слабо связан с атомом примеси, легко отрывается от него и становится свободным. Например, P®P++e- В узле решетки остается положительно заряженный ион примеси. Он жестко закреплен в решетке и не может перемещаться по кристаллу. В полупроводнике с донорной примесью основными носителями заряда являются электроны. Его называют полупроводником с электронной проводимостью или полупроводником n-типа.
    При введении трех валентного атома у него не хватает одного электрона для образования четырех связей. Недостающий электрон может быть захвачен у соседнего атома, у которого образуется дырка. Атом примеси превращается в отрицательный ион, например, In®In-+h+(h+ –дырка). В полупроводнике с акцепторной примесью основными носителями заряда являются дырки и его называют полупроводником с дырочной проводимостью или полупроводником p-типа.
    Нейтральные примеси не изменяют концентрацию носителей заряда.
    12Следующая ⇒
    Рекомендуемые страницы:
    ©2015-2019 poisk-ru.ru
    Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
    Дата создания страницы: 2016-04-11
    Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных
    ?

    Обратная связь
    ТОП 5 активных страниц!
    Деталирование сборочного чертежа
    Когда производственнику особенно важно наличие гибких производственных мощностей?
    Собственные движения и пространственные скорости звезд
    Тема 11. Банковские риски и способы их оценки
    Опросник «Активность повседневной жизни»

  4. Белавель Ответить

    Для получения полупроводника с дырочной электропроводностью в кристалл чистого германия вводят примеси трехвалентных элементов. При этом три валентных электрона, например индия, образуют три парноэлектронные связи с соседними атомами германия (рис.6). В результате теплового движения электрон одного из соседних атомов германия может перейти в незаполненную связь атома индия. В атоме германия появится одна незаполненная связь – дырка (рис. 6). Захваченный атомом индия, четвертый электрон образует парноэлектронную связь и прочно удерживается атомом индия. Атом индия становится при этом неподвижным отрицательным ионом.

    Рис.6.
    Примеси, атомы которых захватывают и прочно удерживают электроны атомов полупроводника, называются акцепторными или акцепторами.
    Проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике избытка подвижных дырок, т. е. превышением их концентрации над концентрацией электронов, называется дырочной проводимостью или проводимостью р– типа.
    Основными носителями зарядов в полупроводнике с акцепторной примесью являются дырки, а не основными – электроны.
    Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называются дырочными полупроводниками или полупроводниками р– типа.
    Электронно-дырочный переход (p – n – переход)
    При технологическом соединении полупроводников n-типа и p-типа электропроводности на границе соединения образуется электронно–дырочный переход, называемый p-n– переходом (рис.7).
    Рассмотрим процесс образования p-n– перехода.
    Пусть внешнее напряжение на переходе отсутствует. Так как носители зарядов в каждом полупроводнике совершают беспорядочное тепловое движение, то происходит их диффузия из одного полупроводника в другой. Из полупроводника n– типа в полупроводник р- типа диффундируют электроны, а в обратном направлении из полупроводника р– типа в полупроводник n– типа диффундируют дырки (рис.7). В результате диффузии носителей зарядов по обе стороны границы раздела двух полупроводников с различным типом электропроводности создаются объемные заряды различных знаков. В области n возникает положительный объемный заряд, который образован положительно заряженными атомами донорной примеси. Подобно этому в области р возникает отрицательный объемный заряд, образованный отрицательно заряженными атомами акцепторной примеси.

    Рис. 7.
    Между образовавшимися объемными зарядами возникают так называемая контактная разность потенциалов: uK = ?n – ?p и электрическое поле, направленное от n- области к p- области.

  5. KuKuRUZYA CHANNEL Ответить

    Механизм электрической проводимости
    Полупроводники характеризуются как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах атомы устанавливают ковалентные связи (то есть, один электрон в кристалле кремния, как и алмаза, связан двумя атомами), электронам необходим уровень внутренней энергии для высвобождения из атома (1,76·10?19 Дж против 11,2·10?19 Дж, чем и характеризуется отличие между полупроводниками и диэлектриками). Эта энергия появляется в них при повышении температуры (например, при комнатной температуре уровень энергии теплового движения атомов равняется 0,4·10?19 Дж), и отдельные атомы получают энергию для отрыва электрона от атома. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное сопротивление уменьшается. Условно принято считать полупроводниками элементы с энергией связи электронов меньшей чем 1,5—2 эВ. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.
    Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Это обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой.
    В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника. Те носители, концентрация которых выше, называют основными носителями заряда, а носители другого типа — неосновными.
    Если концентрация электронов значительно превосходит концентрацию дырок, то такой полупроводник называют полупроводником n-типа проводимости. В этом случае основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями — дырки.
    Соответственно, если концентрация дырок выше, чем электронов, то полупроводник называют полупроводником p-типа. В нем основными носителями являются дырки, а неосновными носителями — электроны.
    Концентрация равновесных носителей заряда в полупроводнике определяется только температурой образца и концентрацией легирующих примесей. Под действием внешних воздействий (инжекция, облучение образца светом, ионизирующими частицами или ионизирующим излучением) в полупроводнике возникают неравновесные носители заряда, и полная концентрация носителей заряда увеличивается.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *