En és külső vezetőképessége félvezetők
Úgy véljük, a kvantumelmélet a vezetőképesség különböző anyagok. Emlékezzünk, hogy a vezetőképesség az a képesség, a hordozók, hogy végre irányított mozgása szerint alkalmazott elektromos mező (negatív töltéshordozók ellen területén, pozitív töltés - a területen). Abban az esetben, a félvezető anyagok, kétféle vezetőképesség tisztaságától függően a kémiai összetétele az anyag.
Megkülönböztetni a saját és a tisztátalanság félvezetők. Között saját kémiailag tiszta félvezetők, azaz az ilyen félvezetők, amelyek az atomok (vagy molekulák) csak egy típusú, és nincsenek idegen tárgyak. Ilyen félvezetők figyelhető csak intrinsic vezetőképesség.
Belső vezetési történik az átmenet a felső szint az elektronok a vegyértéksáv a vezetési sáv esetében kézhezvételét elegendő kiegészítő energiát, amely egyenlő (vagy valamivel több) a szélessége Pl a tiltott zónában. Ez az energia, említett 9. fejezet, az elektron úgy állíthatjuk elő, termikus vagy rácsos rezgés hatása alatt egy kvantum a fény h # 957; .
Ábra. 12.1. En vezetőképesség félvezető
Mivel az energia a termikus rezgések általában kisebbek fotonenergia, ami az energia előfordulási provokál vezetési függ sávú kristály. Az átmenet az elektron a vezetési sávban megfelel a létrehozását két szabad részecskék. elektron, az energia, amely egyenlő az egyik megengedett értékek a vezetési sáv és a lyuk, az energia, amely az egyik az értékek a vegyérték sáv. Ezek a részecskék hordozókkal, a hozzájárulása a vezetőképesség mind elektronok és lyukak. Ha a potenciális különbség felvisszük egy ilyen kristály, és az elektronok és lyukak képesek mozogni végig az egész mintát. Ez a jelenség már tárgyalt a második előadás, ez az úgynevezett belső fotoelektromos hatás.
Megtalálható az elektromos vezetőképesség az anyag. Ehhez használja az elektronok eloszlását és lyukak az energia (lásd. 10. szakasz). Mivel az elektronok és a lyukak fermionok, azaz részecskék fél-egész centrifugálás, ami azt jelenti, hogy azok engedelmeskednek Fermi-Dirac statisztikát:
Paraméter EF nevezzük Fermi energia. A Fermi szint - egy virtuális szinten, amely megfelel a középső között ülnek, és minden szabad államok, feltéve, hogy a másik ugyanazt a számot. Ideális esetben minden szabad szint fölött helyezkedik Fermi szintet, az összes alkalmazott - az alábbiakban. Azonban egy igazi kristály lehet szabad szintje alá Fermi szint, ha létezik felett Fermi szint a forgalmas elektron szintjén. A fémek a Fermi szintet fekszik a vezetési sávban. A megfelelő (azaz tiszta) félvezető Fermi energia szobahőmérsékleten megfelel körülbelül a közepén a sávú, így:
ahol Pl - bandgap.
Az elektronok száma halad át a vezetési sáv (és lyukak maradó a vegyérték sáv), arányos lesz a valószínűsége, hogy az elektron egy energia megfelelő:
A vezetőképesség nyilvánvalóan függ a számos ingyenes hordozók, azaz az is arányos az f (E):
Úgy látszik, hogy az elektromos vezetőképessége intrinsic félvezetők exponenciálisan növekszik a hőmérséklet (ábra. 12.2). Vezetőképességének a mérésével félvezető különböző hőmérsékleteken, lehetséges, hogy meghatározza a szélessége a tiltott sávban. A félig-logaritmikus koordináták (például ábrán. 12.2), a lejtőn a egyenes arányos a Pl.
Ábra. 12.2. A függőség az elektromos vezetőképesség
intrinsic félvezető hőmérsékletet
Emlékezzünk, hogy a fém villamos vezetőképessége lineárisan csökken a hőmérséklet növekedésével. Ez a különbség azzal magyarázható, hogy a természet, a vezetési félvezetők és fémek alapvetően eltér egymástól.
Elektromos és optikai tulajdonságait a félvezetők függ a szennyező természetes vagy mesterségesen bevezetett szennyezések. Természetesen, hatékony ellenőrzését anyagtulajdonságok igényel szigorú ellenőrzése az összeg a szennyező anyag a anyagösszetétel vezérli bevezetése szennyeződésként nevezzük dopping. Létrehozása egy adott koncentrációja szennyeződés - meglehetősen bonyolult, de megvalósítható feladat. Meg kell érteni, hogy a készítmény az egyes anyagok elkerülhetetlenül be egy bizonyos mennyiségű természetes szennyeződések. Ezekben az esetekben a hatása az optikai és elektromos tulajdonságait az anyag tanulmányozni kell és figyelembe kell venni később.
Tekintsük szennyező vezetési mechanizmus klasszikus példája Ge félvezetők. és Si. Mindkét elem négyértékű, mint az atomok a kristály kovalens erők. Ez azt jelenti, hogy minden egyes atom a rács körül négy atom azonos, és a hozzájuk csatlakoztatott, amelynek közös elektronpárt.
Ábra. 12.3. Az adatokat a képsíkban a kristályrács
tökéletes 4-értékű kristály
Ha a kristály ideális, akkor az összes kommunikációs körül atom telített - nem áll rendelkezésre, és a szabad elektronok közötti térben az atomok nem (12.3 ábra.).
Tegyük fel, hogy a kristály helyett az egyik fő hit atomok atom vegyértékét, amely az egyik nagyobb, mint (a foszforatomot P a Ge kristály). 5-ből 4 elektronok foszfor megoszlatjuk szomszédos atomok a germánium, és az ötödik elektron marad közel miatt meglehetősen gyenge kötődés (ábra. 12.4).
Ábra. 12.4. Az adatokat a képsíkban a kristályrács
Ge 5-valens foszfor szennyező
Ez a kapcsolat könnyen megtörni a kristály fűtött vagy ha ez világos. Szabadonálló elektron szabad és alkalmazása során egy potenciális különbség képes mozgatni a megfelelő irányba. A keverék, amely növeli a kristály szabad elektronok az úgynevezett donor.
Az A reakcióvázlat az energia donor szennyező szintek megfelelnek bizonyos távolságban aljáról a vezetési sáv. A távolság a szennyezés szintje és a vezetési sáv energia arányos Eprimes. amely szükséges az elektron leválás szennyező atom a szülő, azaz a átvinni egy elektron, hogy a szabad állapotú (ábra. 12.6 a). Tény leválása elektronok atomjaik és mozgassa azt egy szabad állapotú az átmenet az elektron a vezetési sávban. Donor szinten, így szabaddá, ezt követően egy ideig, hogy elfog minden szabad elektron - azaz a szabad kötéseket foszfor lehet átmeneti tárolását elektronok.
Így, az eredmény egy elektron hővezetés és ellentétben a belső vezetési (lásd. Felett), egy szabad lyuk nem képződik. A mért áram ebben az esetben hozzájárulást elsősorban elektronok, amelyek egy ilyen félvezető többségi töltéshordozók és a lyukak - a kisebbségi. vezetési típusú, mint egy kristály nevezzük elektronikus vagy n-típusú, és a kristály maga szerez állapotát egy kristály elektronvezetőképességgel vagy n-típusú kristály.
Ha egy tetravalens kristály adja háromértékű szennyező, egyike a négy kötés egy atom közelében található szennyezettségnek telítetlen hiánya miatt a 4. elektron (ábra. 12,5). Egy ilyen üres helyet (hole) könnyen felvesz egy elektront egy szomszédos csomópont - ez megegyezik a lyukak mozgatni a nyugalmi állapot.
Ábra. 12.5. Az adatokat a képsíkban a kristályrács
Si 3-vegyértékű bór szennyező
Alkalmazása során a potenciális különbségeket a kristály lyukat mozog, valamint elektronvezetőképességgel, de az ellenkező irányban. Így, egy kristály elegyített ilyen típusú lesz p vezetési típusú, vagy p-típusú úgynevezett kristály. Az esemény az energia minta a szennyeződés, amely ebben az esetben az úgynevezett elfogadó. Ez érinti az esemény szinten a tiltott sáv közelében vegyértékelektronját magasabb Eprimes. Ez a szint kerül rögzítésre kerül a foglalkoztatottak elektron szintet a vegyérték sáv, amely így továbbra is szabadon lyuk (ábra. 12.6 b).
Ábra. 12.6. Szennyező vezetés: a) e, b) egy lyuk
Nyilvánvaló, hogy a kristályok p vezetési típusú az egyetlen szabad lyuk szabad elektronok nem jelenik meg anélkül, hogy a további üzenetek energiát. A lyukak a többségi töltéshordozók, míg az elektronok - kisebbségi. Következésképpen a jelenlegi lesz rendelhető mozgást előnyösen lyukak (azok iránya egybeesik az irányt a jelenlegi).
A specificitás a donor és akceptor szennyező olyan, hogy az energia szintet a áramkört lehet elhelyezni képest zónák csak egy bizonyos módon: a donor szennyező megadott szintek a felső része a tiltott sávban, akceptor - az alsó. A megjelenése szennyeződések összetételét a kristály változást okoz a Fermi szint helyzetét (lásd. Fent).
Különösen a kristály donor szennyező szintű EF emelkedik, a kristály egy akceptor szennyező - lefelé mozdult (ábra 12.6.). A Fermi szint egy fontos jellemzője a félvezető, különösen anélkül, hogy az ezzel a koncepció teljes elmélet p-n átmenetek.
Tegyük hozzá, hogy a készítmény a kristály a szennyező anyagok vezetőképessége bemeneti szennyező atomok lehet használni, és sok más valenciák. Ezután vegyértékek különbség jelzi, hogy hány szabad töltéshordozók (elektronok, illetve lyukak) vezetünk be a kristály, mind a szennyező atom.
Ahhoz, hogy a magas szintű elektromos vezetőképessége az anyag a mintában kell magas töltéshordozó koncentráció (száma töltéshordozók egységnyi térfogatú a kristály). Ezt úgy érjük el, szabályozott bevezetésével a kívánt típusú szennyeződés. A modern technológiák lehetővé teszik, hogy figyelembe véve a több bevitt atomok szó apránként. Mérjük a koncentrációját töltéshordozók, és megtudhatjuk, hogy típusú (elektron vagy furat) segítségével a Hall-hatás (lásd. Elektromágnesesség természetesen).
Általában, a vezetőképessége a félvezető anyag áll a külső és belső vezetőképesség:
Szennyező vezetőképesség is, mint a saját, exponenciális és a hőmérséklet.
Ez jelentős szerepet játszik a extrinsic vezetőképesség viszonylag alacsony hőmérsékleten (ris.12.7 rész I). A vonal meredekségét vezetési a hőmérséklettől függően a féllogaritmikus koordinátákat meghatározni az aktiválási energia a szennyező Eprimes. mert tg # 945; kb mélysége arányos a szintjét előfordulása a szennyező A tiltott sávban.
Növekvő hőmérséklettel, ha az összes szennyező atomok már részt egy bizonyos hőmérséklet-tartományban a vezetőképesség állandó marad (részét ris.12.7 II).
Ábra. 12.7. A függőség vezetőképesség a hőmérséklet a félvezető
Mivel az aktiválási hőmérséklet a belső vezetési, ismét megfigyelhető a közegellenállás csökkentését anyagot (ris.12.7 szakasz III). A lejtőn a megfelelő részével TG # 945; GSS arányos az aktiválási energia a félvezető vezetési saját, azaz a szélessége a tiltott sávban.