загрузка...
загрузка...
На головну

Характеристика напівпровідників (ПП)

напівпровідників

Основні напівпровідникові матеріали - германій (Ge) І кремній (Si). Ми розглядаємо тільки їх. Це класичні напівпровідники.

З точки зору агрегатного стану ПП - тверді тіла.

З точки зору хімії - метали (на відміну від металлоидов).

З точки зору електрофізики - напівпровідники, займають проміжне положення між провідниками і діелектриками.

Їх основні відмінності:

1. За питомим опором (опору одиниці об'єму)

Метали - 10-4 - 10-2 ом · м

Діелектрики - 1020 - 1026 ом · м

Напівпровідники - 10-1 - 1012 ом · м

Розмірність обумовлена формулою питомої опору.

2. Сильна залежність питомого опору від температури Т °.

ТКСм = + 0, 4 ... 0,6% / ° С

ТКСп = - 5 ... 6% / ° С.

ТКС - температурний коефіцієнт опору, який показує, на скільки змінюється опір при зміні температури на один градус.

3. Сильна залежність від змісту (концентрації) домішок. Приклад: ніхром - зростання опору (сплав нікелю і хрому); 10-5 % Аs в Ge зменшує питомий опір в 200 разів.

З точки зору структури тверді тіла бувають кристалічними і аморфними. Кристалічні, в свою чергу, бувають полі- і монокристалами.

В електроніці використовують монокристали германію та кремнію. Кристалічна структура напівпровідників - періодично повторюється, так звана, елементарна комірка, що має форму тетраедра (рис. 2.1). Особливість такої структури в однакових відстанях центрального атома від всіх інших. Таку решітку називають гратами типу алмазу. Саме така структура надає алмазу надзвичайну твердість.

Ми будемо користуватися плоским аналогом кристалічної решітки (рис. 2.1б).

За рахунок чого виходить така структура? За рахунок парноелектронную або ковалентного зв'язку. Навколо кожного атома виходить по 8 електронів - стійка оболонка (рис. 2.2). Дотримується і принцип Паулі - на одній орбіті не більше двох електронів з різними спинами. Така картина має місце лише при температурі абсолютного нуля. Якщо температура вище, то атоми починають коливатися, змінюються відстані між ними, який-небудь електрон зможе відірватися від атома. Т. к. Він належав двом атомам, то ці сусідні атоми частково ионизируются. На тому місці, де був електрон, утворюється нескомпенсований позитивний заряд, чисельно рівний заряду електрона. Назвемо його діркою. На місце дірки може прийти пов'язаний електрон, наприклад, від іншого, сусіднього атома. В результаті наша дірка переміститься на інше місце і т. Д.

В результаті при ми отримаємо вільні (що належать всьому кристалу, а не окремому атому) електрон і дірку. Т. к. Ці носії утворилися в результаті відриву електрона від основної речовини (Si або Ge), То і називаються вони власними. Концентрація їх, т. Е. Число носіїв заряду в одиниці об'єму, позначається або . Неважко помітити, що, так як виникнення або ж генерація йде парами, то . Такі ПП називаються власними, а величина, зворотна питомому опору - провідність - власноюпровідність. позначення: ; .

Крім власних ПП існують домішкові ПП. Наприклад, замість атома основної речовини Ge в решітку введений атом з V групи таблиці Менделєєва - сурма (Sb). 4 електрона він віддає сусіднім атомам Ge, А п'ятий залишається не при справах (рис. 2.3а). Досить невеликий енергії, щоб відірвати його від атома Sb і зробити вільним. При цьому залишається не компенсуються заряд ядра атома домішки, т. Е. Утворюється позитивний іон домішки і вільний електрон. Якщо домішкових атомів багато, то ми отримаємо, що число електронів буде в ПП більше числа дірок, т. Е. Переважно електронну провідність. Такий ПП називаєтьсяелектронним або n-типу, А домішка - донором.

Ще один приклад, показаний на рис. 2.3б. Домішка - елементи 3-ої групи - бор (В). Три його валентних електрона йдуть на зв'язок, а четверта зв'язок залишається незавершеною. при Т 0 один з валентних електронів сусідніх атомів Si може відірватися від свого атома і завершити оболонку бору. В результаті атом бору перетвориться в негативний іон. Так як електрон належав відразу двом атомам Si, То вони частково ионизируются, на місці валентного електрона утворюється позитивний заряд, т. Е. Дірка. Якщо таких атомів багато, то такий напівпровідник буде мати переважно дірковийпровідність або провідність р-типу.Домішка такого типу -акцептор.

типові домішки:для Ge донори: As , Sb, P;

акцептори: In, Al, Ga, B;

для Si донор: P;

акцептор: B.

Маркування кристалів: ГЕС, КЕФ, ГДГ, КДБ. Перша буква - основна речовина (Ge, Si), Друга - тип провідності (електронний, дірковий), третя - домішка (фосфор, галій та т. Д.). Т. о. в напівпровідниках завжди є носії обох знаків - електрони і дірки. Носії, яких більше, - основні, менше - неосновні. позначення: n - Концентрація електронів, р - Концентрація дірок. У домішковому напівпровіднику n р.

Лекція 2. Короткі відомості з фізики «-- попередня | наступна --» Питома електрична провідність
загрузка...
© om.net.ua