A félvezetők elektromos vezetőképességének fizikai alapja és annak függése a különböző tényezőktől -
Általános információk és a félvezetők osztályozása
SZAKASZ 3. NEMZETKÖZI ANYAGOK (4-5. Előadások) 4 óra
3.1.1 A félvezetők sávelmélete
A legtöbb félvezető szilárd testek, amelyek rendszeres kristályszerkezettel rendelkeznek. egyetlen kristály. Kristályrácsuk egy sor ismétlődő és szomszédos cellából áll, amelyek bizonyos alakúak és méretűek. A kristályokat alkotó nagyszámú atom kölcsönhatásaként az elektronok energiaszintjei egymástól szétválaszthatók - az "energia sávok" - az engedélyezett energiaértékek zónái és a tiltott energiaértékek sávja.
A dielektrikumok és a félvezetők közötti különbség a sávelmélet szempontjából a tiltott sáv szélességében rejlik: ha a tiltott sáv szélessége # 916; W0 = 0,05-3 eV - félvezető anyag, ha az érték nagyobb, mint 3 eV - akkor az anyag dielektrikum.
3.1.2. A félvezető anyagok alapvető tulajdonságai és jellemzői
Az ellenállóképesség szempontjából a félvezetők a vezetők és a dielektrikumok közötti köztes helyzetet foglalnak el. Ez belül van 10 -6 - 10 9 Ohm * cm.
A félvezetőknek számos tulajdonsága van, amelyek csak a vevőkre jellemzőek:
- Hőmérsékletek széles tartományában a fajlagos ellenállóképességük csökken, azaz negatív hőmérsékleti együtthatója van az ellenállóképességnek;
- ha a félvezetőbe elhanyagolható mennyiségű szennyeződés kerül bevezetésre, rezisztenciájuk hirtelen megváltozik;
- a félvezető egyik jellemzője az, hogy az elektromos vezetőképessége aktiválódik, azaz külső tényezők hatása - könnyű, nukleáris sugárzás, elektromos és mágneses terek, nyomás, stb.
A félvezető tulajdonságai számos anyagot tartalmaznak - természetes és szintetikus, szerves és szervetlen, egyszerűek és összetettek a kémiai összetételben.
3.1.3 Saját és szennyező félvezetők. A szennyeződések típusai
A fémekhez hasonlóan a félvezetőkben lévő áram is kapcsolódik a töltőhordozók sodrásához. A félvezetők töltőhordozóinak megjelenését számos tényező határozza meg, amelyek közül a legfontosabbak az anyag tisztasága és hőmérséklete. A tisztaság fajtájától függően a félvezetők belső és szennyeződésekre oszthatók.
Olyan félvezető, amelyben egyenlő számú szabad elektron és lyuk keletkezik a megszakító kötések következtében, megfelelőnek nevezik. Egy belső karmester kristályában a vezető sáv mindegyik elektronja megfelel a valenciasávban maradt lyuknak. Ebben az esetben a szabad elektron nagyobb energiával rendelkezik, mint a kötött állapotban, olyan mennyiséggel, amely nem kevesebb, mint a tiltott sáv szélességének energiája.
Amikor a kristályra külső elektromos mezőt alkalmaznak, a szabad elektronok a mezőre (a negatív töltés miatt) és a mező irányába ható lyukakkal szemben mozognak. Azonban az elektronok, bár ellentétes irányban mozognak, létrehoznak egy normál áramot, amely egybeesik a külső alkalmazott mezővel. Ennek következtében az elektron és a lyukáramok ugyanabban az irányban áramlanak és ezért összecsukva vannak.
A legtöbb félvezető eszköz esetében szennyező félvezetőket használnak.
A szennyezõdésû félvezetõt szennyezõnek nevezik, és a bevezetett szennyezõdés által létrehozott vezetõképességet szennyezési vezetõnek nevezzük.
Ha egy csoport IV félvezető (szilícium és germánium) egy olyan elem, az V. csoportba a periódusos rendszer, mint például az arzén, a szennyező atom befejezéséhez kovalens kötést tartalmaz a bázikus hatóanyag kell négy vegyérték elektronok. A szennyező atom ötödik elektronja nem vesz részt a kovalens kötésben. Atombájával a Coulomb-kölcsönhatás ereje köti össze. A kötés energiája kicsi - körülbelül egy százmillió elektronvolt. Így mind szobahőmérsékleten hőenergia ≈0,03 eV, világos, hogy ezen a hőmérsékleten lesz ionizált arzén szennyező atomok miatt a szétválasztása az ötödik vegyérték-elektron, amely szabaddá válik. A szennyezés ionizációjával együtt az alapanyag atomjai ionizálódhatnak. Azonban, alatti hőmérsékleten, mint amelynél van egy jelentős intrinsic vezetőképesség, az elektronok száma leválasztottuk a szennyeződések jóval nagyobb lesz, mint az elektronok száma és a lyukak miatt keletkező törés a kovalens kötés. Tekintettel erre a domináns szerepet a vezetőképesség a kristály fog játszani az elektronok, és ezért nevezzük őket többségi töltéshordozók és a lyukak - a kisebbség. Az ilyen félvezetőt elektronnak vagy n típusúnak nevezik. és a szennyeződéseket, amelyek elektronokat adnak, az adományozói szennyeződésnek nevezik.
Energiából származó diagramok az elektron és a lyuk félvezetők látható, hogy a donor és az akceptor szintek Wd Wa található az sávú: Levels Wd - alján a vezetési sáv, és a szintek Wa - tetején a vegyérték sáv. Az elektron túlzott eltávolítása az adományozóból, vagy a hiányzó elektron hozzáadása az akceptorhoz szükséges a Wion ionizációs energiájának kiadása.
3.1.4 A félvezetők osztályozása (egyszerű, vegyi vegyületek, komplexek)
Az egyszerű félvezetők közé germánium, szilikon, szelén, tellúr, bór, szén, foszfor, kén, antimon, arzén, szürke ón, jód.
A félvezetők is vegyületek:
Három: CuFeS2. CuAlS2 és hasonlók.
Szilárd megoldások: GeSi stb.
A szerves félvezetők közé tartozik a ftalocianin, a naftalin és mások.
3.2.1 A félvezetők belső és szennyezett vezetőképessége
Hiányában egy külső területen, szabad elektronok és lyukak vannak egy egyensúlyi állapotban, és a véglegesítés (T hőmérsékleten ≠ 0 K) véletlenszerű mozgásban a félvezető ömlesztett, az átlagos termikus sebessége hordozók v nagy (például T = 300 K, a sebesség v = május 10 m / s ).
Az elektronok és a lyukak a szétszóródást tapasztalják. változtatják mozgásuk irányát és sebességét a kristályrács csomópontjaival, rácshibaival és szennyező atomjaival ütköznek. Szétszóródásuk eredményeképpen egyensúlyi eloszlás jön létre, átlagos v sebességsebesség v = 0 bármely irányban.
Ha egy félvezetőre elektromos mezőt alkalmaznak, akkor a töltőhordozók mozgásának átlagos sebessége az N villamos térerősség irányában meghatározott irányban eltér a nullától; ezt nevezik a sodródási sebességnek. A töltéshordozók mozgását elektromos mező hatása alatt driftnek nevezzük.