Собственная и примесная проводимость полупроводников

Август 23, 2022

Главная
Физика
Собственная и примесная проводимость полупроводников

Содержание

2. Лекция 7/4 Собственная и примесная проводимость полупроводников Собственные полупроводники 2. Примесные полупроводники 3. Внутренний фотоэффект в
3. 1. Собственные полупроводники. Электронная и дырочная проводимость. Полупроводники – твердые тела, у которых, при Т=0 К,
4. Собственные полупроводники – химически чистые (без примесей) элементы средней части таблицы Менделеева. Пример: Si, Ge, As,
5. При Т=0К полупроводник электричество не проводит. При повышении температуры часть электронов переходит из валентной зоны в
6. Чем выше температура полупроводника, тем больше электронов в зоне проводимости, тем выше проводимость σ (ниже сопротивление).
7. Проводимость, обусловленная наличием электронов в зоне проводимости, называется электронной проводимостью (или проводимостью n-типа). После перехода части
8. На самом деле дырок в валентной зоне мало. Поэтому, под действием внешнего поля, фактически движутся дырки,
10. Дырка, как отсутствие электрона, передвигается так, будто она имеет положительный заряд (|e|). Такая проводимость называется дырочной
11. Рекомбинация — исчезновение пары электрон проводимости - дырка в результате перехода электрона из зоны проводимости в
12. Энергия, необходимая для создания носителя тока (для перевода электрона в зону проводимости), отсчитывается от уровня Ферми.
13. Но при переходе электрона в зону проводимости создается два носителя (электрон и дырка). Получается, что на
14. Из распределения Ферми-Дирака следует, что количество перешедших в зону проводимости электронов зависит от энергии конечных состояний
15. Для Т=273К (0оС) получаем: kT=3,7.10-21Дж; ΔЕ/2 =0,5 эВ=0,5.1,6.10-19=80.10-21Дж. Если в валентной зоне находится 1010 электронов, то
16. 2. Примесные полупроводники Примесная проводимость – проводимость полупроводников, обусловленная приме-сями (атомами посторонних элементов). Для получения примесного
17. Примеси с валентностью меньше валентности основных атомов на единицу (а) – акцепторные примеси. Наличие примеси приводит
18. Электроны перешедшие на этот уровень (А) остаются в связанном состоянии. А вот дырки образовавшиеся в валентной
19. Примеси с валентностью больше валентности основных атомов на единицу (б) – донорные примеси. Наличие примеси приводит
20. Электроны с этого уровня могут легко переходить в зону проводимости и участвовать в проводимости. Оставшиеся на
22. 3. Внутренний фотоэффект в полупроводниках. Внутренний (полупрводниковый) фотоэффект – увеличение электропроводности полупроводников под действием света (электромагнитного
25. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция 7/4 Собственная и примесная проводимость полупроводников
Собственные полупроводники
2. Примесные полупроводники
3. Внутренний

фотоэффект в полупроводниках

Слайд 3

1. Собственные полупроводники.
Электронная и дырочная проводимость.
Полупроводники – твердые тела, у

которых, при Т=0 К, валентная зона полностью занята электронами, а расстояние от нее до зоны проводимости (ширина запрещенной зоны) является сравнительно узким
(ΔЕ порядка 1 эВ (1,6 .10-19 Дж)).

Слайд 4

Собственные полупроводники – химически чистые (без примесей) элементы средней части таблицы

Менделеева. Пример: Si, Ge, As, Te… (всего 12 элементов).

Слайд 5

При Т=0К полупроводник электричество не проводит.
При повышении температуры часть электронов переходит

из валентной зоны в зону проводимости, полупроводник становится проводящим.

Запрещенная зона

Полупроводник

Валентная зона

Зона проводимости

Слайд 6

Чем выше температура полупроводника, тем больше электронов в зоне проводимости, тем

выше проводимость σ (ниже сопротивление).

Слайд 7

Проводимость, обусловленная наличием электронов в зоне проводимости, называется электронной проводимостью (или

проводимостью n-типа).
После перехода части электронов в зону проводимости валентная зона остается не полностью заполненной, там появляются вакантные состояния (дырки).
Теперь электроны могут перемещаться и в валентной зоне.

1.1 Электронная и дырочная проводимость

Слайд 8

На самом деле дырок в валентной зоне мало.
Поэтому, под действием

внешнего поля, фактически движутся дырки, а не электроны.

Слайд 9

Слайд 10

Дырка, как отсутствие электрона, передвигается так, будто она имеет положительный заряд

(|e|).
Такая проводимость называется дырочной (или p-проводимостью).

В собственных полупроводниках наблюдается два типа проводимости: электронная и дырочная.
Концентрации носителей: ne=np.

Слайд 11

Рекомбинация — исчезновение пары электрон проводимости - дырка в результате перехода

электрона из зоны проводимости в валентную зону.

Слайд 12

Энергия, необходимая для создания носителя тока (для перевода электрона в зону

проводимости), отсчитывается от уровня Ферми. Но при переходе электрона в зону

1.2 Энергия Ферми в полупроводниках

проводимости создается два носителя (электрон и дырка). Получается, что на создание одного носителя тока уходит энергия ΔЕ/2.

Слайд 13

Но при переходе электрона в зону проводимости создается два носителя (электрон

и дырка). Получается, что на создание одного носителя тока уходит энергия ΔЕ/2.
Энергия Ферми (уровень ферми) в полупроводниках соответствует середине запрещенной зоны.

Слайд 14

Из распределения Ферми-Дирака следует, что
количество перешедших в зону проводимости электронов зависит

от энергии конечных состояний Еi, значения энергии ферми EF и температуры T полупроводника:
где Еi - EF=ΔE/2.

Слайд 15

Для Т=273К (0оС) получаем:
kT=3,7.10-21Дж;
ΔЕ/2 =0,5 эВ=0,5.1,6.10-19=80.10-21Дж.
Если в валентной зоне находится 1010

электронов, то при Т=273К, четыре из них перейдут в зону проводимости.
При температуре Т=373К – 13000 шт из 1010.
При температуре Т=473К – 380000 шт из 1010.

Слайд 16

2. Примесные полупроводники
Примесная проводимость – проводимость полупроводников, обусловленная приме-сями (атомами посторонних

элементов).
Для получения примесного полу-проводника в полупроводник из Si или Ge вводят атомы с валентностью, отличной от валентности основных атомов на единицу.

Слайд 17

Примеси с валентностью меньше валентности основных атомов на единицу (а) –

акцепторные примеси.
Наличие примеси приводит к появлению в запрещенной зоне примесного энергетического уровня А, не занятого электронами.

Слайд 18

Электроны перешедшие на этот уровень (А) остаются в связанном состоянии. А

вот дырки образовавшиеся в валентной зоне участвуют в проводимости.
В таких полупроводниках (а) осуществляется дырочная проводимость (проводимость р-типа).

Слайд 19

Примеси с валентностью больше валентности основных атомов на единицу (б) –

донорные примеси.
Наличие примеси приводит к появлению в запрещенной зоне примесного энергетического уровня D, занятого валентными электронами примеси.

Слайд 20

Электроны с этого уровня могут легко переходить в зону проводимости и

участвовать в проводимости. Оставшиеся на уровне D дырки связаны с атомом примеси и в проводимости не участвуют.
В таких полупроводниках (б) осуществляется электронная проводимость (проводимость n-типа).

Слайд 21

Слайд 22

3. Внутренний фотоэффект в полупроводниках.
Внутренний (полупрводниковый) фотоэффект – увеличение электропроводности полупроводников

под действием света (электромагнитного излучения).

Наблюдается при поглощении фотонов, имеющих энергию равную (большую) ширине запрещенной зоны:
При этом электроны перебрасываются из валентной зоны в зону проводимости (а).

Слайд 23