Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике?

4 ответов на вопрос “Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике?”

  1. Роднуля Ответить

    кристаллическую решетку типа алмаза, в которой каждый атом имеет четыре ближайших соседа (см. рис. 11.8). Связь между соседними атомами в такой решетке ковалентная, т. е. два соседних атома объединяют два своих валентных электрона (по одному от каждого атома), которые образуют электронную пару (§ 11.3). Ковалентная связь атомов германия или кремния схематически показана на рис. 21.2, где пространственная решетка условно изображена плоской.
    При низкой температуре все электроны полупроводника связаны с атомами. В таком кристалле нет свободных носителей зарядов, и он является изолятором. Если постепенно повышать температуру такого кристалла, то отдельные электроны могут получить избыточную энергию (за счет энергии хаотического движения), которой оказывается достаточно для их отрыва от атома. Появление таких электронов и создает проводимость кристалла полупроводника.
    При комнатной температуре в кристаллах германия и кремния уже имеются свободные электроны. Энергия, нужная для отрыва электронов от атомов, в германии меньше, чем в кремнии. Таким образом, при одной и той же температуре удельное сопротивление германия значительно меньше, чем кремния (при ).

    Рис. 21.2.
    При переходе электрона в свободное состояние в оболочке атома полупроводника остается свободное место, которое принято называть дыркой. Поскольку до отрыва электрона атом был нейтрален, то после отрыва он приобретает положительный заряд, который приписывают дырке. Так как соседние атомы полупроводника непрерывно обмениваются электронами, то дырку у атома может заполнить электрон другого атома, у которого в свою очередь появляется дырка.
    Таким образом, дырки, обладающие положительным зарядом, совершают в полупроводнике такое же хаотическое движение, как и свободные электроны. Поэтому дырки в полупроводнике условно считают подвижными носителями зарядов. Действительно, если при отсутствии электрического поля в полупроводнике дырки движутся хаотически, то при наложении внешнего поля они движутся преимущественно по направлению этого поля, т. е. создают электрический ток.
    Итак, нагревание полупроводника ведет к образованию, или к генерации, пар подвижных носителей зарядов «электрон — дырка». Когда свободные электроны и дырки совершают хаотическое движение в полупроводнике, то они могут встретиться. Тогда свободный электрон заполняет вакантное место в оболочке атома, т. е. в полупроводнике исчезают сразу два свободных носителя зарядов — происходит рекомбинация пары «электрон —

  2. BrainTor 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»

  3. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

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