Электропроводимость полупроводников

1.

Электропроводимость
полупроводников
Работу выполнили: Горобец Анастасия, галишников
Сергей.

2.

Электропроводность
полупроводников
можно
рассматривать с позиций классической механики, то есть
считать, что одновременно измеримы координаты и
импульс как электронов, так и дырок, можно отслеживать
движение каждого электрона и дырки индивидуально.
Полупроводники
занимают
по
электропроводности
промежуточное
положение
между
металлами
и
диэлектриками. Знание физической
сущности электропроводности важно
для
последующего
изучения
принципа
действия полупроводниковых приборов,
их параметров и характеристик.

3.

В соответствии с принципами квантовой механики
электроны
атома
могут
обладать определенными значениями энергии или
находиться
на
определенных (разрешенных) энергетических уровнях
В изолированном атоме существует конечное число
энергетических
уровней,
на
каждом из которых могут одновременно находиться не более
двух
электронов,
различающихся направлением спиновых моментов (принцип
Паули)

4.

Образование и движение электронов и
дырок в полупроводниках
На месте опустевшей ковалентной связи образуется дырка - "разорвавшаяся" ковалентная связь,
которую покинул электрон.
Электрон из соседней связи может "перескочить" в
"дырку", тогда дырка как бы переместится на новое
место 2 (Когда валентные электроны покидают свои
места, на этих прежних местах образуются области
с недостатком отрицательного заряда - «дырки»,
имеющие теперь избыточный положительный
заряд.)
Поскольку электроны и дырки образуются парами,
то, очевидно, что число дырок в рассмотренном
случае равно числу электронов.

5.

Один из свободных электронов может занять одну из
дырок; в результате они оба исчезнут, такой процесс
называется рекомбинацией электрона и дырки
Вероятность
рекомбинации
пропорциональна
произведению концентраций электронов и дырок.
Вероятность зарождения пары электрон - дырка
зависит от температуры полупроводника (а также от
частоты и интенсивности излучения, падающего на
полупроводник).
В состоянии равновесия устанавливается равенство
чисел скорости зарождения и рекомбинации
электронов и дырок и связанные с ними
концентрации последних, зависящие от температуры
полупроводника, а также от частоты и интенсивности
падающих на полупроводник излучений.

6.

Движение в полупроводнике дырок и электронов проводимости
без приложенного электрического поля будет хаотичным. Если
же к кристаллу приложить внешнее электрическое поле, то
электроны внутри него придут в движение против поля, а дырки
— в движение по полю, то есть в полупроводнике возникнет
явление собственной проводимости, которое будет
обусловлено не только электронами, но и дырками.

7.

Если в чистом кремнии, количество дырок и
свободных электронов равно, то в случае с
добавленной в кремний примесью, например
мышьяка, количество дырок окажется меньше
количества свободных электронов - образуется
полупроводник с большим количеством свободных
электронов,
отрицательно
заряженных,
полупроводник n-типа (negative).
Если подмешать индия в кремний,
тогда будет больше дырок — это и
будет полупроводник p-типа (positive).

8.

Некоторые примеси даже при малых их концентрациях очень сильно
изменяют проводимость полупроводника. Такие примеси приводят к
появлению избыточного количества или свободных электронов, или
дырок. Их называют соответственно донорными примесями или
акцепторными примесями.
Донорные полупроводники - получаются при
добавлении в полупроводник элементов, от которых
легко "отрывается" электрон.

9.

Можно получить зависимость проводимости
полупроводника от температуры. Вероятность
образования
пары
электрон
дырка
с
минимальной энергией. Поскольку число уровней
в валентной зоне много больше, чем число
примесных уровней, то с ростом температуры
различие
увеличивающихся
концентраций
электронов и дырок станет менее заметно; они
будут отличаться на малую величину концентрацию донорных уровней.
Донорный характер полупроводника при этом
будет все менее и менее выражен. И, наконец,
при еще большем повышении температуры
концентрация
носителей
заряда
в
полупроводнике станет очень большой, и
донорный полупроводник станет аналогичен
беспримесному полупроводнику, а затем проводнику,
зона
проводимости
которого
содержит много электронов