Az elektromos vezetőképesség félvezetők - studopediya
Atomjai minden anyag, beleértve a félvezető jelentése egy pozitív töltésű mag, amely körül vannak elrendezve a héj a pályája a elektronok körül keringő atommagok. Az elektronok külső héjak vannak kötve a mag sokkal gyengébbek, mint az elektronok kagyló közel a mag. Kézhezvételét követően a külső energia hatására a hőmérséklet, fény, elektromos tér, és egyéb okok a külső héj elektronok elveszítik merev kapcsolatot az atom, és szabadon mozoghat az ömlesztett anyag. Ezek az elektronok úgynevezett szabad töltéshordozók okoznak az elektromos vezetőképesség az anyag. Szabad terület, ahol az energia szintet lehet elektronok gerjesztve, az úgynevezett vezetési sávban.
A terület a legközelebb a vezetési sáv az úgynevezett vegyérték sáv. Az elektronok a vegyérték sáv atomon anyag. A hőmérséklet az abszolút nulla oxidációs sáv teljesen ki van töltve elektronokkal, de magasabb hőmérsékleten elkezd kialakulni cseréjét elektronok közötti a vegyérték és a vezetési sávban.
Attól függően, hogy a szerkezet a energia sávok, az összes szervek vannak osztva vezetékek (fémek), félvezetők és dielektrikumok. A fémek, a vezetési és a vegyértéke sávok átfedés. Ez azt jelenti, hogy a vegyérték elektronok könnyen mozog a vezetési sávba, és részt vehetnek a létrehozását az elektromos áram. A jellemző a fém jelenléte szabad elektronok még az abszolút nulla hőmérséklet.
A félvezetők, a szabad vezetési sáv és a vegyérték sáv van osztva bandgap. A tiltott sávban szélessége DW az energia mennyiségét kell jelenteni, hogy az elektronok a vegyértéksáv a vezetési sávban umklapp. Így, germánium DW = 0,72 eV szilícium DW = 1,12 eV. A hőmérséklet abszolút nulla a félvezető atomok állapotban vannak abszolút nyugalmi, mind az elektronok a vegyértéksáv a félvezető és a alakítjuk egy szigetelő. Ahogy a hőmérséklet növekszik, egyre több elektronok legyőzi bandgap félvezető anyagok és az elektromos vezetőképesség nő. A koncentráció a szabad elektronok által meghatározott zónától a következő összefüggést:
ahol e - az alap a természetes logaritmus;
A - állandó tényező az anyag;
k - a Boltzmann állandó;
T - Kelvin hőmérsékleten.
A bandgap dielektrikumokban olyan magas, hogy még magas hőmérsékleten is, a koncentráció a szabad elektronok nagyon kicsi.
Szokásos hőmérsékleteken, az elektromos ellenállás anyagok a következők jellemzik: fémek - 10 -6 ÷ 10 -4 Ohm · cm, félvezetők - 10 -3 ÷ 10 10 Ohm · cm, dielektromos - 10 10 ÷ október 18 ohm · cm.
Atom elveszít egy elektront, pozitív töltésű, egyenlő nagyságú töltés az elektron. Az ilyen pozitív töltés úgynevezett „lyukas„Education elektron-lyuk pár nevezzük egy generáció, és a fordított folyamat (abszorpciós ion szabad elektron.) -. Rekombinációja díjak elektronok megjelenése a vezetési sávban azt jelenti, hogy az anyag a félvezető vezetővé válik Ez vezetőképesség egy következménye zavarok vegyérték. kapcsolatok a félvezető chip, és saját elektromos vezetőképessége miatt a saját, nem pedig a töltéshordozók. Arányos vezetőképesség len termék koncentrációja a szabad díjakat a mennyiségű töltés tiszta félvezetők koncentrációja intrinsic töltéshordozók -. szabad elektronok és lyukak, - kis, és összege csak október 16 ÷ október 18 per 1 cm3 tárgya Ez a koncentráció nem képes előidézni érzékelhető villamos vezetőképesség csökkentése elektromos ellenállás .. félvezető és közlésének egy bizonyos típusú vezetőképesség - e a prevalenciája szabad elektronok vagy furat túlnyomórészt lyukak - tiszta félvezetők szándékkal egyes szennyezések kerülnek bevezetésre. Ezt a folyamatot nevezik dopping. Szennyezéseket, adományoz elektronok a vezetési sáv nevezik donor. Szennyeződés félvezetők, amelynek többsége hordozók elektronok, a továbbiakban n-típusú félvezetők. Ilyen félvezetők, a koncentrációja intrinsic lyuk kisebb, mint a koncentrációja a szabad elektronokat.
Szennyeződéseket fogadására alkalmas elektronok saját szintjén, az úgynevezett elfogadó, az általuk okozott túlzott lyukak száma a félvezető. Az ilyen félvezetők nevezzük félvezetők p # 8209; típusú, ezek többsége hordozók lyukak, és a kisebbségi - elektronok.
A koncentráció a tiszta félvezető elektronok és lyukak ugyanaz, azaz, n = p. Az adalékolt félvezető p típusú lyuk koncentráció 2-3 nagyságrenddel magasabb mint az elektron koncentráció: pp >> nn. Az adalékolt félvezető n-típusú előfordul nn >> pp kapcsolatban. Így a fő töltéshordozók képződnek hatása alatt a szennyező. A koncentráció a többségi töltéshordozók mértékétől függ az ötvözés. Gyengén szennyezett félvezető anyagok alkalmazhatók alacsony teljesítmény-félvezető eszközök, és erősen adalékolt - erőteljes. Koncentráció saját (kisebbségi) hordozók főleg attól függ, az anyag hőmérséklete. Magas hőmérsékleten miatt termogeneratsii kisebbségi töltéshordozó koncentráció meghaladhatja a koncentrációja az alap és a félvezető eszköz elveszítené tulajdonságait. Következésképpen, a hőmérséklet nem haladhatja meg értékek, amelyeknél a koncentráció kisebbségi töltéshordozók elhanyagolható képest a fő. A germánium 70-80 ° C, a szilíciumot - 150-170 ° C-on
A félvezetők tartozó IV csoportjába a periódusos rendszer elemeinek (germánium, szilikon), donor szennyeződések tartozó elemek V. csoport (foszfor, arzén) és akceptor - a csoport III (alumínium, bór, indium). Pure félvezetők lehet egyszerű anyagok - germánium, szilikon, szelén vagy komplex - gallium-arzenid, gallium-foszfid, stb ..
Hiányában egy elektromos mező, és egy egységes hordozót koncentrációja elektronok és lyukak vannak kaotikus mozgások; megrendelt mozgás, a terheket, azaz nincs elektromos áram. Az ok az elektromos áram, a félvezető lehet a jelenléte egy külső elektromos tér vagy hordozóval koncentráció egyenetlenségek. Irányított mozgás töltéshordozók alatt egy elektromos mező az úgynevezett drift által okozott drift áram nekik. Motion díjak hatására a különbség a díj koncentráció az úgynevezett diffúziós és a jelenlegi - diffúzió. Mozgó díjakat kíséri az ütközés elektronok az atomok és rekombináció.
Minden egyes értékére az elektromos térerősség E jellemzi átlagos sebessége az elektronok és a lyukak:
ahol μn és μr - mobilitása elektronok és a lyukak, ill.
A pozitív irányú mozgás, azaz a Mozgás a pályán jellemző pozitív töltésű lyukak, és egy negatív ellen területén - az elektronok. Ebben az esetben a μn> μr. így például, a germánium μn = 3800 cm2 / Vs, μr = 1800 cm2 / Vs, szilícium μn = 1300 cm 2 / Vs, μr = 500 cm 2 / Vs. A mobilitása elektronok és a lyukak germánium nagyobb, mint a szilícium, és így az elektromos ellenállása kisebb, germánium. Az összes anyag a hordozó a mobilitás a hőmérséklettől függ.
A sűrűsége az elektron és a lyuk alkatrészek és sodródás áram félvezető:
ahol n - a koncentráció a elektronok;
p az a koncentrációja, lyukak;
q - elektron töltése;
E - intenzitása az elektromos mező okozta sodródás.
Összesen áramsűrűség:
A tiszta félvezetők n = p de μn> μr. ezért a drift áram elektronikus jellegű. A természet extrinsic félvezetők sodródás aktuális meghatározott típusú szennyeződés.
A sűrűsége a diffúzió aktuális komponensek:
ahol Dn - diffúziós együttható elektronok;
Dp - a diffúziós együttható lyukak;
- az elektron koncentrációgradiens mentén x irányban a jelenlegi;
- a koncentráció-gradiense lyukak ezen a területen.
A diffúziós együttható száma töltéshordozók átdiffundáló 1c 1cm 2 területen egyetlen koncentráció gradiens. A diffúziós együttható mobilitásával kapcsolatos az Einstein kapcsolatban:
ahol JT - hő lehetséges.
Az viszont, ahol K - const, és a T - Kelvin hőmérsékleten. Ezért, a diffúziós együttható is hőmérsékletfüggő.