Реферат: Полупроводники 2

Ф. И. О.:

Ташкент 2005

Содержание:

1. Задание……………………………………………………………………………...2

2. Теоретическая часть…………………………………………………………....3

2.1. Классификация веществ по электропроводности………… . 3

2.2. Собственные и примесные полупроводники…………………..5

2.3. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории………………………………………………………………..….6

2.4. Расчет эффективных масс плотности состояний для электронов и дырок…………………………………………………..7

2.5. Расчет уровня Ферми и концентрации носителей заряда в примесном полупроводнике………………………………...……...9

2.6. Расчет времени жизни носителей заряда……………………13

2.7. Расчет s ( T ). Формулы для подвижности……………….……..13

2.8. Расчет зависимости R_H (T) …………………………………………15

3. Расчетная часть………………………………………………………………...17

4. Список литературы…………………………………………………………….30

Теоретическая часть.

Классификация веществ по электропроводности.

Все твердые тела по электрофизическим свойствам разделяются на три основных класса: металлы, диэлектрики и полупроводники. Если в основу классификации положить величину удельной электропроводности s, то при комнатной температуре она имеет значения в следующих пределах:

металлы — (10⁷ — 10⁶ ) Сим/м

полупроводники — (10^-8 — 10⁶ ) Сим/м

диэлектрики — (10^-8 — 10^-16 ) Сим/м.

Такая чисто количественная классификация совершенно не передает специфических особенностей электропроводности и других свойств, сильно зависящих для полупроводника от внешних условий (температуры, освещенности, давления, облучения) и внутреннего совершенства кристаллического строения (дефекты решетки, примеси и др.).

Рассмотрим, например, температурную зависимость проводимости металлов и полупроводников.

Для химически чистых металлов с ростом температуры сопротивление увеличивается по линейному закону в широком температурном интервале

R(t)=R₀ (1+at),

где R0 – сопротивление при t=0°C, R(t) – сопротивление при t°C, a - термический коэффициент сопротивления, равный примерно 1/273.

Для металлов .

Для полупроводников сопротивление с ростом температуры быстро уменьшается по экспоненциальному закону

,

где R₀ , B – некоторые постоянные для данного интервала температур величины, характерные для каждого полупроводникового вещества. На рис.1 представлены температурные зависимости сопротивления металлов и полупроводников.

Рис.1.

Для удельной проводимости формулу можно записать в виде

,

или

,

где E_а – энергия активации, k – константа Больцмана. Наличие энергии активации E_а означает, что для увеличения проводимости к полупроводниковому веществу необходимо подвести энергию.

В идеальной решетке все электроны связаны, свободных носителей заряда нет, и поэтому при наложении электрического поля электрический ток возникнуть не может. Для его возникновения необходимо часть электронов сделать свободными. Но для отрыва электрона необходимо затратить энергию. Ее можно подвести к решетке в виде энергии фотона или в виде энергии тепловых колебаний решетки. При наложении на кристалл электрического поля E свободные электроны, участвуя в хаотическом тепловом движении, будут испытывать действие силы e_n E и придут в дрейфовое движение против поля. Если обозначить концентрацию электронов через n, их подвижность через m_n ,то плотность электрического тока будет равна

J_n =q_n m_n E=s_n E,

где через e_n обозначен заряд электрона.

В полупроводниках проводимость зависит от внешних условий, поскольку, меняя интенсивность освещения, облучение или температуру, можно менять концентрацию носителей заряда в широких пределах, в то время как в металлах число электронов остается неизменным при изменении внешних условий и температуры. Однако это не единственное различие между металлами и полупроводниками. В последних существует два механизма проводимости.

Незавершенная связь вследствие движения электронов может перемещаться от атома к атому, т.е. может совершать хаотические движения по кристаллу. При наложении внешнего электрического поля E на связанные электроны будет действовать сила e_n E, поэтому они, перемещаясь против поля, будут занимать вакантную связь. Наличие вакансий в связях позволяет валентным электронам перемещаться против поля. Тем самым совокупность валентных электронов также участвует в образовании проводимости полупроводников.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--