Физические основы полупроводников

Сущность физических явлений в полупроводнике лучше всего проследить на примере наиболее распространенного из них — германия (Ge).
Германий — элемент четвертой группы периодической системы элементов Менделеева и, следовательно, имеет четыре валентных электрона. Электронная оболочка атома этого элемента содержит всего 32 электрона, но в химических реакциях или процессах электропроводности участвуют только четыре. Остальные электроны прочно связаны с ядром. В идеально чистом кристалле германия при низкой температуре каждый электрон связан и поэтому не может участвовать в процессе проводимости. Другими словами, идеально чистый кристалл германия при низкой температуре практически является диэлектриком. Электропроводность возникает в кристалле в том случае, когда некоторые электроны будут вырваны из соответствующих связей. Разрыв связей возможен, например, вследствие нагревания. При нагревании кристалла атомы начинают сильнее колебаться, и при достаточно высокой температуре какой-либо электрон может получить энергию, необходимую для преодоления энергии связи с атомами. В результате освобождается один электрон и образуется положительно заряженный ион. Иными словами, возникает одно свободное место, которое может быть занято другим электроном. Такое свободное место называют дыркой.
Под влиянием теплового движения освободившиеся электроны будут беспорядочно перемещаться по кристаллу. Однако если к нему приложить электрическое поле, то свободные электроны, участвуя в беспорядочном тепловом движении, будут, кроме того, двигаться в направлении электрического поля и создавать электрический ток.
Проводимость, осуществляемая свободными электронами, называется электронной проводимостью, а проводники с такой проводимостью — проводниками типа п.
Существует другая возможность переноса электрических зарядов. Образование дырки эквивалентно воз никновению положительного иона Образовавшийся положительный ион может быть нейтрализован электроном, оторвавшимся в результате тепловых колебаний от соседнего атома Вследствие этого исчезает один положительный ион, а по соседству с ним образуется другой, т. е. заполняется одна дырка и образуется новая в другом месте Дырка как бы переходит от одного атома к другому, перемещается по кристаллу.
Под действием приложенного электрического поля перемещение дырок будет направлено в сторону, противоположную движению электронов. Проводимость, обусловленную движением дырок, обычно называют дырочной проводимостью, а проводники с такой проводимостью — проводниками типа р.
В идеальном кристалле свободные электроны возникают одновременно с дырками в равных количествах и, следовательно, проводимость осуществляется зарядами обоих знаков. Такая проводимость называется собственной проводимостью полупроводника.
Но могут существовать такие условия, при которых число свободных электронов не равно числу свободных дырок и электрический ток возникает главным образом за счет движения зарядов одного знака. Преобладание числа зарядов одного типа над другим может быть достигнуто введением в германий или кремний атомов другого вещества, т. е примесей.
Примеси, вызывающие в германии преобладание числа электронов над числом дырок и создающие электронную проводимость (избыток электронов), называются донорными примесями. Например, донорными примесями к германию является мышьяк (As), сурьма (Sb).
Примеси, вызывающие дырочную проводимость называются акцепторными. Для германия такими примесями являются индий (In) и галлий (Ga)

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <i> <b> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <sub> <sup> <table> <tr> <th> <td>
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.
  • Freelinking helps you easily create HTML links. Links take the form of [[indicator:target|Title]]. By default (no indicator): Link to a local node by title
  • При выводе кода вы можете использовать следущие теги: <code>, <blockcode>, <asm>, <asp>, <c>, <cpp>, <delphi>, <java>, <javascript>, <matlab>, <mpasm>, <mysql>, <pascal>, <php>, <python>, <ruby>, <vb>, <z80>. Код будет выведен в отдельном блоке с использованием подсветки синтаксиса.
  • Для вывода математических формул в формате latex используйте [m]формула[/m]

Подробнее о форматировании

CAPTCHA на основе изображений
Enter the characters shown in the image.


Добавить закладку в Google