Примесная проводимость с точки зрения зонной теории

Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепловыми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т.д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 10 6 раз.

В полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных атомов, носителями тока являются электроны; возникает электронная примесная проводимость (проводимость n-типа). Полупроводники с такой проводимостью называются электронными (или полупроводниками n-типа). Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами, а энергетические уровни утих примесей – донорными уровнями.

Например, при замещении атома германия пятивалентным атомом мышьяка (рис. 22, а) один электрон не может образовать ковалентной связи, он оказывается лишним и может быть легко при тепловых колебаниях решетки отщеплен от атома, т. е. стать свободным. Образование свободного электрона не сопровождается нарушением ковалентной связи; следовательно, в отличие от случая, рассмотренного ранее, дырка не возникает. Избыточный положительный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и поэтому перемещаться по решетке не может.

С точки зрения зонной теории рассмотренный процесс можно представить следующим образом (рис. 22, б). Введение примеси искажает поле решетки, что приводит к возникновению в запрещенной зоне энергетического уровня D валентных электронов мышьяка, называемого примесным уровнем. В случае германия с примесью мышьяка этот уровень располагается от дна зоны проводимости на расстоянии ΔЕ_D = 0,013 эВ. Так как ΔЕ_D

Предположим, что в решетку кремния введен примесный атом с тремя валентными электронами, например бор (рис. 23, а). Для образования связей с четырьмя ближайшими соседями у атома бора не хватает одного электрона,одна из связей остается неукомплектованной и четвертый электрон может быть захвачен от соседнею атома основного вещества, где соответственно образуется дырка. Последовательное заполнение образующихся дырок электронами эквивалентно движению дырок в полупроводнике, т.е. дырки не остаются локализованными, а перемещаются в решетке кремния как свободные положительные заряды. Избыточный же отрицательный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и по решетке перемещаться не может.

По зонной теории, введение трехвалентной примеси в решетку кремния приводит к возникновению в запрещенной зоне примесного энергетического уровни А, не занятого электронами. В случае кремния с примесью бора этот уровень располагается выше верхнего края валентной зоны на расстоянии ΔЕ_А=0,08 эВ (рис. 23, 6). Близость этих уровней к валентной зоне приводит к тому, что уже при сравнительно низких температурах электроны из валентной зоны переходят на примесные уровни и, связываясь с атомами бора, теряют способность перемещаться по решетке кремния, т. е. в проводимости не участвуют. Носителями тока являются лишь дырки, возникающие в валентной зоне.

В отличие от собственной проводимости, осуществляющейся одновременно электронами н дырками, примесная проводимость полупроводников обусловлена в основном носителями одного знака: электронами — в случае донорной примеси, дырками — в случае акцепторной. Эти носители тока называются основными. Кроме основных носителей в полупроводнике имеются и неосновные носители: в полупроводниках n-типа – дырки, в полупроводниках р-типа – электроны.

Наличие примесных уровней в полупроводниках существенно изменяет положение уровня Ферми Е_F . Расчеты показывают, что в случае полупроводников n-типа уровень Ферми Е_Fпри 0 К расположен посередине между дном зоны проводимости и донорным уровнем (рис. 24, а). С повышением температуры все большее число электронов переходит из донорных состояний в зону проводимости, но, помимо этого, возрастает и число тепловых флуктуации, способных возбуждать электроны из валентной зоны и перебрасывать их через запрещенную зону энергий. Поэтому при высоких температурах уровень Ферми имеет тенденцию смещаться вниз (сплошная кривая) к своему предельному положению в центре запрещенной зоны, характерному для собственного полупроводника.

Уровень Ферми в полупроводниках р-типа при 0 К располагается посередине между потолком валентной зоны и акцепторным уровнем (рис.24, б). Сплошная кривая опять-таки показывает его смещение с температурой. При температурах, при которых примесные атомы оказываются полностью истощенными и увеличение концентрации носителей происходит за счет возбуждения собственных носителей, уровень Ферми располагается посередине запрещенной зоны, как в собственном полупроводнике.

Проводимость примесного полупроводника, как и проводимость любого проводника, определяется концентрацией носителей и их подвижностью. С изменением температуры подвижность носителей меняется по сравнительно слабому степенному закону, а концентрация носителей – по очень сильному экспоненциальному закону, поэтому зависимость проводимости примесных полупроводников от температуры определяется в основном температурной зависимостью концентрации носителей тока в нем. На рис. 25 дан примерный график зависимости lnγ от 1/Т для примесных полупроводников. Участок АВ описывает примесную проводимость полупроводника.

Рост примесной проводимости полупроводника с повышением температуры обусловлен в основном ростом концентрации примесных носителей. Участок ВС соответствует области истощения примесей (это подтверждают и эксперименты), участок СD описывает собственную проводимость полупроводника.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Полупроводниками называется большое число веществ, удельное сопротивление которых изменяется в широком интервале от 10 -5 до 10 8 Ом×м и очень быстро, по экспотенциальному закону, уменьшается с повышением температуры. С точки зрения зонной теории кристаллические полупроводники относятся к типу твердых тел, у которых валентная зона отделена от пустой зоны проводимости сравнительно узким интервалом энергии DW, меньшим, чем у диэлектрических кристаллов. Переход электрона из валентной зоны полупроводника в зону проводимости означает, что ковалентные связи в атомах кристалла полупроводника нарушаются. Какой–либо из валентных электронов одного из атомов в решетке покидает свое место. В оставленном им месте возникает избыток положительного заряда–положительная дырка. С точки зрения зонной теории это означает, что в валентной зоне кристалла появляется вакантный энергетический уровень. Положительная дырка ведет себя так же, как положительный заряд, равный по величине заряду электрона. На освобожденное электроном место может переместиться другой электрон, а это равносильно перемещению дырки– она появится в новом месте, откуда ушел электрон. Во внешнем электрическом поле электроны во всей массе движутся в сторону, противоположную направлению напряженности электростатического поля. Положительные дырки перемещаются в направлении напряженности поля, т.е. в ту сторону, куда под действием электрического поля перемещался бы положительный заряд.

Проводники и диэлектрики.

Различия в электрических свойствах твердых тел объясняется в зонной теории различным заполнением электронами разрешенных энергетических зон и шириной запрещенной зоны. Эти два фактора определяют отнесение данного твердого тела к проводникам или диэлектрикам. Необходимым условием, для того, чтобы твердое тело могло быть проводником, является наличие свободных энергетических уровней, на которые электрическое поле сторонних сил могло бы перенести свои электроны. Зона, электроны которой участвуют в создании тока проводимости, называется зоной проводимости. В проводниках под действием электрического поля, создаваемого источником электрической энергии, валентные электроны увеличивают свою энергию и переходят на более высокие свободные энергетические уровни в зоне проводимости. При этом они приходят в упорядоченное движение и по кристаллу идет ток. В твердых диэлектриках энергетические зоны не перекрываются, и зона, объединяющая энергетические уровни валентных электронов атомов или ионов целиком заполнена электронами. Зона, целиком заполненная электронами, называется валентной. Пустые зоны являются зонами проводимости.

Сила Ампера.

Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводники с токами, перемещенные в жто поле, называется силой Ампера. Закон Ампера: элементарная сила dF, действующая на малый элемент длины dl проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника dl на магнитную индукцию B: dF=I[dl B]. dl–вектор с модулем dl, направленный в ту же сторону, что и вектор плотности тока в проводнике. Сила Ампера F, дейтсвующая в магнитном поле на проводник с током конечной длины, F=∫I[dl B], где интегрирование происходит по всей длине проводника.

P- n переход.

Область соприкосновения двух полупроводников с различными n- и p- типами проводимости называется электронно–дырочным переходом (p-n переходом). Соприкосновение двух таких полупроводников в результате перемещения электронов и дырок через поверхность раздела приводит к образованию двойного электрического слоя. Электроны из n-проводника переходят в p-проводник, а дырки перемещаются в противоположном направлении. Двойной слой, толщиной ℓ создает контактное электрическое поле с напряженностью E_пр и некоторой разностью потенциалов на границах слоя. Это поле препятствует дальнейшему встречному движению электронов и дырок. При определенной толщине p-n перехода наступает состояние равновесия, соответствующее выравниванию уровней Ферми в обоих полупроводниках, и образуется равновесный контактный слой, являющийся запирающим слоем, обладающим повышенным сопротивлением по сравнению с сопротивлением остальных объемов полупроводников.

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-12; Нарушение авторского права страницы

Электропроводность полупроводников с позиции зонной теории твердого тела.

В.1 Краткая характеристика полупроводников материалов в электронной технике.

В.2 Чистые (собственные) полупроводники.

В.3 Энергетическая диаграмма полупроводника.

В.4 Дырочный полупроводник.

К материалам предъявляются определенные требования:

1. Возможность введения определенных примесей.

2. Достаточно высокая теплопроводность

3. Способность сохранять заданные свойства.

4. Возможность массового производства.

В п/п используются:

1. Германий (Ge): — технология очистки хороша и проста

— введение примесей осуществляется при низких температурах

— поверхность хорошо обрабатывается

— ширина запрещающей зоны 0,7 эВ = Wзз

Применяется: в высокочастотных п/п приборах, используются в выпрямительных приборах

( из-за малого удельного сопротивления), в фотоэл. приборах.

2. Кремний (Si):- его много

— высокая t 0 плавления

— в 1000 раз частота больше частоты Ge

— Больше чем у Ge Wзз=1,25 эВ

— Большая ширина запрещающей зоны.

— приборы могут работать на высоких t 0 до +250 0

— относительно малая подвижность ē и дырок.

Ge и Si дополняют друг друга.

3. Арсенийгалия (GaAa): — Широкий з/з Wзз= 1,43 эВ

— Высокая подвижность ē и дырок ( теплоустойчивость до +450 0 )

4. Карбит кремния (SiC):

— высокая стойкость к радиации

— большая стабильность поверхностных свойств

— Wзз≈3,…… эВ (t 0 до + 700 0 )

Используется для изготовления выпрямителей, сигнальным источником света, счетчиков высокой энергии.

Энергия ē может принимать только значение энергетического уровня.

Ближе к ядру ē обладает меньшей W и находится на более низких энергетических уровнях.

Когда ē переходит с более высокого э/у на более низкий выделяется некоторое количество энергии наз. (квантом или фотоном)

Если атом поглощает 1 квант W ē переходит переходит на более высокий э/у.

Таким образом W ē изм. только порциями.

Эн/у объединяются в зоны.

ē высшей Эл. оболочки атома в валентную зону (Wзз) они участвуют в Эл-их, химических процессов. На более высоких э/у объединяются в зоны проводимости (Wз.п.) ē хаотично передвигаются они позволяют Ме проводить Эл. ток, тем самым обеспечивая электропроводимость Ме.

ЗАПРЕЩАЮЩИЕ ЗОНЫ – ЭТО УРОВНИ ЭНЕРГИИ НА КОТОРЫХ Ē НЕ МОЖЕТ НАХОДИТЬСЯ.

При низких t 0 п/п являются диэлектриками, а при нормальной большинство ē переходят из вал. зоны в зону проводимости.

Электропроводность- свойство вещества проводить ток.

Удельная проводимость- величина характеризующая электропроводимость.

Чистый полупроводник – п. в котором отсутствуют примеси, и он может содержать только подвижные носители заряда.

Дырка- это вакантное место, которое покинул ē.

зона проводности

+

Эл. дырки которые могут перемещаться называются подвижными носителями заряда

Под действием t˚ возник. пар. носителей называется генерацией, а исчезновение пар. носителей – рекомбинация.

Их скорости должны быть равны:

Если в п/п им. крекаято примесь, то появляется примесная (электронная или дырочная)

Примесь в которой атомы отдают ē называются донорами.

Их называют электронными п/п или п/п «n» — типа.

п/п с преобладающей дырочной эл. проводностью называется дырочным или п/п «р»-типа

Вещества отбирающие ē и создающие примесную электропроводимость называются акцепторами.

В эл. проводнике ē – основные

В дырочном проводнике- дырка.

Принцип работы п/п характеризуются тем, что существует два вида электропроводности (дырочная и электронная)

Электронная— обусловлена перемещением ē проводимости под действием тепла и т.п.

Дырочная – под действием приложенного напряжения, при ней ē переходят именно на соседние атомы, при электронной, ē более подвижны.

В электронике постоянное движение ē от «-» к «+»

ē и дырки могут перемещаться поэтому созд. электропровод и наз. им. подвижными носителями заряда.

Лекция № 3. Удельная электропроводность п/п.

В.1 Концентрация носителей заряда в собственном п/п и Ме.

В.2 Концентрация носителей заряда в приместном п/п

В.3 Влияние t 0 и концентрации н.з. в приместном п/п

п/п без примесей называется собственным п/п. Он обладает собственной электропроводностью которая складывается из электронной и дырочной. ē-ая преобладает из-за большей подвижности ē.

Удельная электропроводность зависит от концентраций носителей заряда: т.е. от их числа, в единицы объема.

где: е=1*6*10 -9 Кл- заряд ē

n и p- концентрация ē и дырок

М_n и М_р— подвижность ē и дырок

М_n= Vn (скорость ē) / Е (напряженность)

только в собственном п/п

В Ме число ē- проводимости не меньше или равно числу атомов

В п/п при повышении t˚ повышается генерация, концентрация носителей заряда, нежели у меньшая их подвижность. След с ростом t˚ удельная электропроводность растет

В М_е концентрация ē- проводимости не зависит от t˚, почти, и с ростом t˚ электропроводность уменьшается в следствии уменьшения подвижности ē.

Всегда!

В.2 Если в п/п имеется примесь двух веществ, то дополнительно к собственной электропроводности добавляется еще примесная электропроводность (электронная или дырочная)

п/п- с приобладанием эл. проводимости наз. проводником «n» — типа.

п/п с преобладающей дырочной электронной проводимости называется п/п «р»- типа

Таким образом прим. п/п характерен тем, что в нем концентрация носителей одного знака преобладает над концентрацией носителей заряда другого знака.

Н.з. концентрация которых в данном п/п преобладает называется основными носителями заряда.

Нехновными называются те носители заряда концентрация которых в п/п меньше.

Ничтожное количество примесей существенно изменяет характер электропроводности.

Один атом прим. на 4 мин. атомов. Ge. в результате этого концентрация н.з. возрастает в 1000 раз. при этом собственный п/п должен быть 1 на 10 млд.

Т₁ означает обл. низких t˚ ротобусл. ионизацией атомов.

Т₂ атомы примесей полностью ионизированы, след конц. не изм.

Т₃ обл. повышенной t˚ резко растет концентрация, вызванная ионизацией собственного оп/п

Лекция № 4. «Кинематика НЗ в твердом теле»

В.1 Виды движения.

В.2 Движение НЗ. в ТВ. числе под действием электронного поля. (Дрейф). Механизм рассеивания заряда.

В п/п состояние равновесия носит. заряда движ. под действием тепловой энергии, хаотически внутри кристаллической решетки в идеале они движутся прямолинейно и с V_const т.о. направление движения н/з в п/п преобр при двух условиях:

— при возникновении в кристалле эл. поля (дрейф н/з)

— под действием и изменением концентрации (диффузия)

В.2 Эл. поле всегда изм. Wē и Vē между ними всегда имеется энергетическое взаимодействие

Дрейф- движение н/з под действием эл./п.

М- подвижность н/з (способность дрейфовать в эл. поле)

Подвижность н/з в различных п/п различна, и с повышением Т умножается, т.к. увеличивается число столкновений в атомах.

Механизм рассеивания- основные механизмы столкновений

В.3 Движение н/з под действием разности концентраций называется диффузией (её причина-различие в концентрациях и совершается она за счет собственной энергии теплового движения)

— неравновестная (в разных местах п/п)

— равновестная ( одинаковая по всему п/п)

— избыточная ( п/п облучить)

Стремление к выравниванию с помощью собственной Wк

Диффузная длина н/з

Vдиф- диффузная скорость

D_M— интенсивность диффузии.

V_T— тепловой потенциал- это связь между подвижностью н/з и коэф. диффузии.

При прекращении действий излучения, п/п переходит к состоянию равновесия путем раскомбинации в течении определенного времени.

То время в течение которого избыточная концентрация уменьшается и становится первоначальной называется время жизни н/з.

Эл./п. которое ускоряет Эл. дырки сообщая им еще некоторые движения представляет собой ток проводимости (ток дрейфа)

Плотность тока – количество электричества проходящего через 1 площади за 1 сек.

Диффузное движение подвижных зарядов называется диффузным током.

Jпдиф = eDn dn/dx

Градиент концентрации- это какого изм. концентрации за единицу длинны.

J= Jпдр+Jрдр+ Jп.диф+…..

Лекция № 5 Электронно-дырочный переход.

Тема 2 Физические процессы при контакте твердых тел.

В.1 Виды контактов твердых тел в п/п приборах

В.2 Образование и свойства эл-д перехода

В.3 Контактная разность потенциалов и толщина «р-n»- перехода

1) контакт одного и того же п/п с ….

2) контакты п/п с различной шириной запрещающей зоны гетеропереходы

3) контакты прим. п/п и Ме (переход с барьером Шоттки)

4) контакты структур Ме+диэл. + проводник

5) п/п + Ме (омический контакт)

В.2 Область на границе двух п/п с различными типами эл/проводности называется эл/дырочным или «р-n»-переходом

Он обладает несимметричной подвижностью, следовательно имеет нелинейное сопротивление

Они бывают: симметричные(одинаковой концентрации примесей), несимметричные, резкие, плавные.

Экстракция- это выведение н/з из обл. где они являются неосновными, через ЭДП ускоряющим эл. полем.

— Контактная разность — для Ge=0,35В

— Толщина перехода составляет от 0,1 до 1 мкм.

Лекция № 6. ЭДП по действием напряжений включения.

В.1 Прямое включение «р-n» перехода

В.2 Обратное включение «р-n» перехода

В.3 ВАХ идеального «р-n» перехода

эл./п создаваемое в «р-n» переходе прямым V действует навстречу поля контактной разности потенциалов.

Результирующее поле становится слабее и разность потенциалов уменьшается, возрастает ток диффузии т.к. большое число н/з может преодолеть потенциальный барьер (ток дрейфа не изменится). Тем самым ток диффузии» тока дрейфа.

Iпр = Iдиф- Iдр>0 Iдиф » Iдр. ≥ Iпр ≈ Iдр.

При прямом V не только снижается п/б, но снижается толщина запрещающего слоя.

(1-100Ом) для значения понижения п/б достаточно приложить малое V, следовательно большой прямой ток можно получить при очень небольшом V.

ē из n-обл. движется через переход в р-обл., а на встречу им движутся дырки т.е. через переход протекает два тока.

Во внешней цепи п/п движ. только ē от «-» к «+» источника к «n»-обл. и компенсируют оба ē дуфундирующих через «р-n» переход. В р-обл. а из нее ē уходят к «+» и тогда там образуются новые дырки, такой процесс непрерывен и ток прямой непрерывен.

Под действием Vобр. протекает небольшой обратный ток.

После создания Vобр. складывается с полей контактной разности потенциалов.

Результирующее поле усиливается, а высота п/б повышается.

Уже при небольшом увеличении п/б дифузион. перемещения н/з основным прекращается и = 0 т.к. собственных их скоростей н/з предостаточно, чтобы преодолеть п/б.

То выведение неосновных н/з через переход. ускорение эл. п. создает Vобр. называется экстракцией. (извлечение). Т.о. Iобр. определяет собой Iпр. вызван перемещением неосновных н/з. Iобр. мал так как неосновного н/з мало.

То есть при повышении Vобр. поле в месте перехода становится сильнее и больше н/з выталкивается из пограничного слоя вглубь «р-n» переходника. Следовательно с повышением Vобр. повышается п/б и толщина запирающего слоя, этот слой еще сильнее объединяется н/з и сопр. повышается (Rобр > R пр.)

При сравнительно малом Vобр., Iобр. становится практически постоянным, так как число неосновных н/з становится ограниченным. С повышением t 0 концентрация повышается, I обр. повышается, R обр. понижается.

Лекция № 8.. Свойства и характеристики диодной структуры с «р-n» переходом.

В.1 Параметры. Максимально допустимые.

В.2 Диодные схемы и частотные свойства ДС.

В.3 Шумовые свойства ДС.

Свойства: к основным свойствам относятся:

— свойство односторонней проводимости

Свойства подразделяются на статические и емкостные

— сопротивление по постоянному току

— сопротивление по переменному току (диффузное)

При определенной t 0 = 300К

Диодная структура с «р-n» переходом обладает свойством аккумулировать заряды, эту емкость представляют в виде двух составляющих: барьерная ёмкость, ярко проявляется при обратном включении когда диффузная емкость отсутствует.

Диффузная емкость преобладает при прямом включении (барьерная емкость)

Барьерная емкость может быть представлена Sпл. конденсатора

Время жизни (рекомбинация) является постоянная времени заряда конденсатора с емкостью С_d через резистор сопротивления Rдиф. пр. и она расп. в пределах 1 мк.Ф

В.2 Они подразделяются:

— электрические: — (ток, Iпр, Iобр, Vпр., Vобр., Rпр., Rобр)

— климатические (t 0, t 0 окр. среды= min= до 60 0 давление от 0,5 до 300 Па)

— механические (удары, вибрации)

Диодная структура эквив сх. по переменному току представ. в виде:

Завис. свойств «р-n» перехода от частоты дейст. в структуре переменного тока или V.

С част. свойствами ДС оценивает максимальную частоту и они связаны с постоянным временем.

Под действием t 0 заряды хаотично перемещаются относительно груд друга вызывая перераспределение заряда. Не зависимо от частоты

Нерегулярное во времени число н/з, пересекает «р-n» переход в обоих направлениях с ростом частоты он растет (10 5 Гц)

— Избыточные шумы (низкочастотные)

Это нерегуляр актов раскомбинации н/з

Тема: Характеристики и параметры диодной структуры с «р-n» переходом.

В.1 Вольт-амперные характеристики стр. 45-47

В.2 Пробой д/с влияние t 0 на ВАХ стр. 47-50

В.3 Емкости д/с. стр. 51-54

— Iпр. при повышении t 0 повышается не так сильно как Iобр. так как Iпр. возникает за счет примесных проводников, а концентрация примесей не зависит от t 0

— Барьерная емкость – это зло! она влияет на выпрямление переменного Т.

— На ее основе строятся такие п/п диоды как варикап, варактор, используются как кондиционер переменной емкости для настройки колебательных контуров.

Диф. емкость возникае при прямом напр. это ни что иное, как накопление подвижной н/з в обл.

Дырки, ē не могут мгновенно раскомбинироваться => каждому значению Vпр. соответствует значение зарядов.

Сдиф. нигде не применяется

Контакты п/п-ов с Ме

Процессы при контакте п/п-ка с Ме зависят от работы выхода.

т.е. от той энергии которую должен затратить ē, чтобы выбраться из Ме или п/п.

Чем работа ē может выйти.

Тема 4. Полупроводниковые диоды

Лекция 9 п/п-вые диоды общего назначения

В.2 Выпрямительные, универсальные

В.3 Импульсные диоды

1. По конструкции: — плоскостные

2. По мощности: — маломощные

3. По частоте: — низкочастотные

4. По функц. назнач: — фотодиод

— выпрям. блоки

— выпрямительные

— стабилитроны

— варикапы

— светодиоды

— тоннельные диоды

— диод Шотки

Iг- мат. изготовления

Г(1)- Ge

IIгр.- тип п/п диодов

Д- Выпрямительные, ВЧ, импульсные

Ц- выпрямительные столбы и блоки

IIIгр. – группа диодов по своим параметрам

Применяются: в выпрямительных устройствах для питаний, (сплавы)

диоды малой мощности средней Р большой Р

300-10А 10А и выше

Для выпрямления высоких напряжений применяются выпрямительные столбы.

Выпрямительные точечные диоды (универсальные) прим. ВЧ и на СВЧ (сотни МГц)

Предельное Vобр.=150В=Iпр max= 100мА

10 ков – один из важнейших процессов в радиоэлектронике. След., т.к. п/п диоды хорошо проводит I в прямом направлении, но плохо в обратном их и применяют для этого.

Схема простого выпрям с п/п диодом.

При выпрямлении более высоких напряжений приходится соединять диоды последовательно.

Для того, чтобы напряжение распределилось равномерно применяется шунтирующее сопротивление методом подбора

//-ые соед. прим. когда нужно получить I пр гораздо больше чем дает один диод.

Rу-уравнивающее сопротивление сосд. не больше 3-х диодов.

Импульсные диоды предназначаются для работы в импульсных цепях с длительностями импульсов от нескольких нс до мкс.

Лекция 10. п/п приборы специального назначения.

В.2 Стабилитроны и стабиотроны

В.3 Туннельные и обращенные диоды

Это плоскостной диод (параметрический) работает он при обратном напряжении.

(Переменная емкость конденсатора управляется не механически, а электрически)

Схема включения для понижения стабилизации

Предназначен для переключения I и V в различных логических схемах вычислительной техники для усиления и генерирования колебаний.

Обращенный диод- это п/п диод с р-n-переходом созд. в вырожд. п/п с высокой концентрацией примесей.

Пример: в детекторах, смесителях, импульсных устройствах.

Они высокочуствительны что позволяет им работать при малых мощностях, малые размеры и низкий уровень шума.

Рабочий режим диода.

Диод обладает нелинейным сопротивлений => расчет тока делают графически.

Уравнение для R_Н первой степени, его график- прямая линия, называется линией нагрузки.

Дата добавления: 2015-12-16 ; просмотров: 520 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Элементы зонной теории полупроводников

Атом представляет собой электрическую систему, состоящую из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Электроны уединенного атома, находясь в поле ядра, могут иметь только определенный – дискретный – набор энергий, или, как говорят, могут находиться на определенных уровнях.

При этом, согласно принципу Паули, на одном энергетическом уровне одновременно не может быть более двух электронов.

При объединении атомов в молекулы и кристаллы за счет взаимодействия с соседними атомами и электрическим полем кристаллической решетки отдельные энергетические уровни атомов расщепляются на близко расположенных уровней. Эти наборы разрешенных уровней образуют зоны, разделенные зонами запрещенных значений энергии.

Электроны внешних оболочек (валентные электроны), отвечающие за электропроводимость, заполняют верхнюю разрешенную зону, которую называют валентной, и зону проводимости, которая либо частично заполнена электронами, либо свободна от них.

В зависимости от степени заполнения зон электронами и ширины запрещенной зоны все вещества делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики (рис. 1).

Твердое тело является проводником электрического тока, если самая верхняя зона, содержащая электроны, заполнена частично, т. е. в ней имеются вакантные уровни, или если валентная зона перекрывается зоной проводимости, образуя «гибридную» зону (рис. 1, а, б). Различие между диэлектриками и проводниками определяется шириной запрещенных зон (рис. 1, в, г).

Характерной особенностью чистых полупроводников является то, что при температуре Т = 0 К они ведут себя как диэлектрики: их валентная зона полностью заполнена электронами, а следующая зона разрешенных уровней энергий полностью свободна.

С повышением температуры у полупроводников растет число электронов, которые вследствие теплового возбуждения переходят в зону проводимости, чего не наблюдается у диэлектриков.

Электропроводность вещества по зонной теории определяется возможностью перехода электрона на свободный энергетический уровень под действием внешнего электрического поля.

Рис. 1. Деление твердых тел на: а, б – проводник;

в – диэлектрик; г – полупроводник без примеси.

Температура Т = 0 К. 1 – заполненная или валентная зона;

2 – запрещенная зона; 3 – зона проводимости

Следовательно, для возникновения электропроводности необходимо наличие электронов в зоне проводимости или наличие вакантных мест в валентной зоне.

В полупроводниках без примесей при температурах Т > 0 К каждый электрон, перешедший в зону проводимости, оставляет на своем месте в валентной зоне дырку (рис. 2, а), которая может заполняться электронами валентной зоны, то есть участвовать в электропроводности.

При комнатных температурах распределение электронов по энергетическим уровням соответствует статистике Больцмана, поэтому концентрация электронов в зоне проводимости, аследовательно и концентрация дырок в валентной зоне определяется выражением

, (2.1)

где – концентрация электронов вблизи потолка валентной зоны; – ширина запрещенной зоны.

Используя (2.1), можно определить собственную электропроводимость полупроводника

, (2.2)

где – заряд электрона; , – подвижности электронов и дырок соответственно.

При наличии в полупроводнике примесей его зонная структура изменяется. Так, примесь с валентностью большей, чем у основного полупроводника – донорная или n-типа примесь, соответствует появлению дополнительного уровня с одним или двумя электронами вблизи дна зоны проводимости (рис. 2, б).

Если валентность примеси меньше валентности основного полупроводника – акцепторная или p-типа примесь, то появляется свободный уровень вблизи потолка валентной зоны (рис. 2, в). В отличие от собственной электропроводимости , примесные проводимости и
обеспечиваются носителями одного знака (электронами или дырками) (рис. 2, б, в).

Рис. 2. Схемы энергетических уровней полупроводников: а – без примесей,

– ширина запрещенной зоны; б – с донорной примесью,

– энергетическое расстояние от донорного уровня до дна

зоны проводимости; в – с акцепторной примесью,

– энергетическое расстояние от потолка

заполненной зоны до акцепторного уровня

Концентрация примесных электронов в зоне проводимости и, соответственно, донорная электропроводимость могут быть определены соотношениями

, (2.3)

, (2.4)

где – концентрация электронов донорной примеси; – энергетическое расстояние от донорного уровня до дна зоны проводимости. Аналогичные соотношения определяют концентрациюпримесных дырок в валентной зоне и акцепторную проводимость . В общем случае электропроводимость полупроводников определяется собственной и примесными , проводимостями.

Дата добавления: 2015-08-18 ; просмотров: 1546 | Нарушение авторских прав