1.5. Примесные полупроводники
В полупроводниках, состоящих из атомов одного химического элемента, примесями являются чужеродные атомы, которые замещают часть основных атомов полупроводника в узлах кристаллической решетки.
В полупроводниках, состоящих из атомов нескольких химических элементов, примесями могут быть как чужеродные атомы, так и избыточные по отношению к стехиометрическому составу атомы химических элементов, образующих сложный полупроводник.
Механизм примесной электропроводности зависит от типа используемой примеси.
Рассмотрим кристалл кремния, в котором часть основных атомов кристаллической решетки замещена примесными атомами фосфора. У атома фосфора пять валентных электронов, четыре из которых участвуют в образовании ковалентных связей с четырьмя соседними атомами кремния, а пятый электрон оказывается избыточным. Из-за большой диэлектрической проницаемости полупроводника кулоновское притяжение избыточного электрона ядром фосфора в значительной мере ослаблено, поэтому радиус орбитали избыточного электронаоказывается большим и может доходить до несколько межатомных расстояний (рис. 1.13).
Рис. 1.13. Внедрение донорной примеси в кристалл кремния
Минимальная энергия, которую необходимо сообщить избыточному электрону донорной примеси, чтобы сделать его свободным, называется энергией ионизации донорной примеси. Энергию ионизации донорной примеси можно оценить на основе простой модели, подобной боровской модели водородоподобного атома. Согласно этой модели избыточный электрон примесного атома движется по круговой орбите в кулоновском поле сил положительного иона, ослабленном диэлектрическими свойствами кристалла полупроводника. Учитывая относительную диэлектрическую проницаемость ε полупроводника и используя в качестве массы электрона его эффективную массу в кристалле, получим выражение для энергии ионизации донорной примеси:
Энергии ионизации других донорных примесей в кремнии и германии являются величинами того же порядка, что и для фосфора (см. табл. 1.1).
Значение энергии ионизации пятивалентных примесей в германии и кремнии
Значения энергии ионизации трехвалентных примесей в германии и кремнии
Рис. 1.14. Внедрение акцепторной примеси в кристалл кремния
Минимальная энергия, необходимая атому-акцептору, чтобы захватить у соседнего атома кристаллической решетки электрон, недостающий для образования устойчивой электронной оболочки, называется энергией ионизации акцепторной примеси.
Численно величина энергии ионизации акцепторной примеси близка к энергии ионизации донорной примеси (см. табл. 1.2).
Полупроводник, у которого концентрации донорной и акцепторной примесей равны, называется скомпенсированным полупроводником. Скомпенсированный полупроводник имеет такую же удельную проводимость, как и собственный, но отличается от последнего рядом электрофизических параметров, поскольку наличие примесей вызывает искажения кристаллической решетки.
С точки зрения модели энергетических зон примеси или дефекты кристаллической решетки создают энергетические уровни, расположенные в запрещенной зоне, разделяющей валентную энергетическую зону и зону проводимости. Процентное содержание примесных атомов обычно очень мало, а расстояния между ними достаточно велики, следовательно, по отношению друг к другу их можно рассматривать как изолированные атомы, энергетические уровни которых не расщепляются и не образуют энергетических зон.
Донорная примесь образует локальный энергетический уровень (донорный уровень), расположенный в запрещенной энергетической зоне вблизи дна зоны проводимости, занятый в невозбужденном состоянии электроном. При возбуждении донорная примесь отдает электрон в зону проводимости. Расстояние между донорным уровнем и дном зоны проводимости равно энергии ионизации донорной примеси.
Акцепторная примесь образует локальный энергетический уровень (акцепторный уровень), расположенный в запрещенной энергетической зоне вблизи потолка валентной зоны, свободный от электрона в невозбужденном состоянии. При возбуждении акцепторная примесь захватывает электрон из валентной зоны. Расстояние между акцепторным уровнем и потолком валентной зоны равно энергии ионизации акцепторной примеси.
С увеличением концентрации примесей расстояния между примесными атомами уменьшаются и их энергетические уровни постепенно превращаются в примесные энергетические зоны. При достижении определнной концентрации примесей примесные энергетические зоны сливаются с ближайшими энергетическими зонами кристалла, в результате чего образуется зонная структура, близкая к зонной структуре металлов. Такой примесный полупроводник называют вырожденным полупроводником или полуметаллом.
Некоторые примеси обладают сравнительно высокой энергией ионизации и образуют энергетические уровни, расположенные вблизи середины запрещенной зоны (например, золото в кремнии). Введение таких примесей существенно облегчает как генерацию, так и рекомбинацию свободных электронов за счет двухступенчатых переходов из одной разрешенной зоны на примесный уровень и с примесного уровня в другую разрешенную зону. Энергетические уровни примесей с высокой энергией ионизации называют генерационно-рекомбинационными центрами.
Существуют примеси, создающие энергетические уровни (ловушки), расположенные вблизи середины верхней или нижней половин запрещенной зоны. Такие уровни в отличие от генерационно-рекомбинационных центров захватывают носители из ближайшей разрешенной энергетической зоны и через некоторое время отдают их в ту же зону, поскольку расстояние до другой разрешенной зоны значительно больше.
Следует отметить, что многие примеси создают в запрещенной зоне по 2-3 уровня.
Носители заряда в примесных полупроводниках
При производстве полупроводниковых приборов помимо чистых полупроводников, в частности, чистых германия и кремния, являющихся исходными материалами, используют примесные полупроводники.
Введение примеси связано с необходимостью создания в полупроводнике преимущественно электронной либо дырочной электропроводности и увеличения электрической проводимости. В связи с этим различают соответственно электронные (n-типа) и дырочные (р-типа) полупроводники.
Для получения полупроводника с электропроводностью n-типа в чистый полупроводник вводят примесь, создающую в полупроводнике только свободные электроны. Вводимая примесь является «поставщиком» электронов, поэтому ее называют донорной. Для германия и кремния, относящихся к IV группе Периодической системы элементов, донорной примесью служат элементы V группы (сурьма, фосфор, мышьяк), атомы которых имеют пять валентных электронов.
При внесении такой примеси атомы примеси замещают атомы исходного полупроводника в отдельных узлах кристаллической решетки (рисунок 1.5, а).
Четыре электрона каждого атома донорной примеси участвуют в ковалентной связи с соседними атомами исходного материала, а пятый («избыточный») электрон, не участвующий в ковалентной связи, оказывается значительно слабее связанным со своим атомом. Для того чтобы оторвать его от атома и превратить в свободный носитель заряда, требуется значительно меньшее количество энергии, чем для освобождения электрона из ковалентной связи. В результате приобретения такой энергии (например, энергии фонона при комнатной температуре кристалла) «избыточный» электрон покидает атом и становится свободным, а атом примеси превращается в положительный ион (ионизация атома примеси).
В условиях достаточно большой концентрации атомов примеси их ионизация создает некоторую концентрацию в кристалле полупроводника свободных электронов и неподвижных положительных ионов, локализованных в местах расположения атомов примеси. Слой полупроводника остается элект рически нейтральным, если освободившиеся электроны не уходят за пределы слоя. При уходе электронов под воздействием каких-либо факторов в другие
слои кристалла, оставшиеся положительные ионы донорной примеси создают в данном слое нескомпенсированный положительный объемный заряд.
На энергетической диаграмме полупроводника n-типа (рисунок 1.5, б) вводимая примесь приводит к появлению в запрещенной зоне вблизи зоны проводимости близко расположенных друг от друга локальных валентных уровней энергии, заполненных электронами при температуре абсолютного нуля.
Число локальных уровней определяется количеством атомов примеси в кристалле. На рисунке 1.5, б локальные уровни показаны пунктиром. Так как ширина ΔWД мала (в зависимости от типа исходного полупроводника и материала донорной примеси ΔWД = 0,01…0,07 эВ), при комнатной температуре практически все электроны донорных уровней перейдут в зону проводимости и смогут участвовать в создании тока.
Концентрация свободных электронов в зоне проводимости при этом определяется преимущественно концентрацией введенной примеси NД, а не собственными электронами валентной зоны, преодолевающими широкую запрещенную зону ΔWЗ. В соответствии с этим концентрация электронов nn в полупроводнике n-типа существенно выше концентрации дырок pn, образующейся в результате перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Можно считать, что в полупроводнике n-типа ток создается в основном электронами. Другими словами, электроны в этом случае являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными носителями заряда.
В полупроводниках p-типа введение примеси направлено на повышение концентрации дырок. Задача решается использованием в качестве примеси элементов III группы Периодической системы (индий, алюминий, бор), атомы которых имеют по три валентных электрона. При наличии такой примеси каждый ее атом образует только три заполненные ковалентные связи с соседними атомами исходного полупроводника в кристаллической решетке (рисунок 1.6, а). Четвертая связь остается незаполненной. Недостающий валентный электрон для заполнения связи переходит от одного из соседних атомов кристаллической решетки, так как требуемая для такого перехода энергия невелика. Переход электрона приводит к образованию дырки в ковалентной связи соседнего атома, откуда ушел электрон, и превращению атома примеси в неподвижный отрицательный ион. В результате за счет примеси достигается повышение концентрации дырок в полупроводнике. Атомы примеси, принимающие валентные электроны соседних атомов, называют акцепторными, а саму примесь — акцепторной.
В условиях достаточно большой концентрации атомов акцепторной примеси в кристалле полупроводника создается некоторая концентрация дырок и отрицательных ионов. Пока число дырок в данном слое полупроводника остается равным числу отрицательных ионов в нем, в слое сохраняется зарядная нейтральность. Если вошедшие из других слоев электроны заполнят некоторое число существующих дефектов валентной связи (рекомбинация электронов с дырками), в данном слое появится нескомпенсированный отрицательный объемный заряд, создаваемый ионами акцепторной примеси.
Рассмотрим процесс образования дырок в полупроводнике р-типа, исходя из его энергетической диаграммы. При наличии акцепторной примеси в запрещенной зоне энергетической диаграммы исходного полупроводника вблизи валентной зоны появляются локальные уровни энергии, свободные от электронов при температуре абсолютного нуля (рисунок 1.6, б). Число локальных уровней определяется концентрацией атомов примеси в кристалле. Так как разность ΔWА между энергией акцепторных уровней и энергией верхнего уровня валентной зоны мала (в зависимости от типа полупроводника и материала акцепторной примеси ΔWА = 0,01. 0,07 эВ), то при комнатной температуре все акцепторные уровни будут заняты электронами, перешедшими из валентной зоны. В валентной зоне появится большая концентрация дырок.
Концентрация дырок в валентной зоне при этом определяется преимущественно концентрацией внесенной акцепторной примеси Na, а не дырками, возникающими при термогенерации носителей заряда за счет преодоления валентными электронами широкой запрещенной зоны ΔWЗ. В соответствии с этим концентрация дырок рp в полупроводнике р-типа существенно больше концентрации свободных электронов np. По этой причине ток в дырочном полупроводнике переносится в основном дырками. Дырки в этом случае являются основными носителями заряда, а электроны — неосновными.
тронов из валент-ной зоны в зону проводимости. Примесь вносится в количестве, при котором концентрация основных носителей заряда существенно (на два – три порядка) превышает концентрацию неосновных носителей заряда. В зависимости от концентрации введенной примеси удельная проводимость примесного полупроводника возрастает по сравнению с чистым полупроводником в десятки и сотни тысяч раз.
Характерной особенностью полупроводников рассматриваемых типов является то, что произведение концентраций основных и неосновных носителей заряда при данной температуре является постоянной величиной и определяется соотношением:
 | (1.2) |
где ni = pi – собственные концентрации носителей заряда в чистом полупроводнике.
В соответствии с выражением (1.2) концентрация неосновных носителей заряда в примесном полупроводнике меньше концентрации собственных носителей заряда в чистом полупроводнике. Это связано с тем, что с увеличением концентрации основных носителей заряда возрастает роль рекомбинаций, вследствие чего концентрация неосновных носителей заряда уменьшается. Равновесие достигается, когда при данной температуре произведение концентраций носителей заряда в примесном полупроводнике становится равным произведению концентраций носителей заряда в чистом полупроводнике.
Зависимость концентрации носителей заряда от температуры накладывает ограничения на температурный диапазон применения полупроводниковых приборов. Рабочий диапазон температур характеризуется существенным превышением в примесных полупроводниках концентрации основных носителей заряда над неосновными (nn » pn и рp » np) при концентрации основных носителей заряда, близкой к концентрации внесенной примеси (nn ≈ NД и
рp ≈ NА).
При температуре ниже рабочего диапазона концентрация неосновных носителей заряда, создаваемая термогенерацией, ничтожно мала. Основную роль здесь играет понижение концентрации основных носителей заряда (и уменьшение электрической проводимости) вследствие уменьшения количества ионизированных атомов примеси. Нижний температурный предел работы полупроводниковых приборов составляет от минус 55° до минус 60°С.
Примесная проводимость полупроводников.
Отличительной особенностью полупроводников является их способность существенно увеличивать проводимость при добавлении примесей в кристалл. Проводимость эта, в отличие от собственной, так и называется — примесная проводимость. Именно благодаря этому свойству полупроводники нашли столь широкое практическое применение.
Примесная проводимость полупроводника, в зависимости от вида примеси, может быть электронной — ее создают донорные примеси — либо дырочной — ее создают акцепторные примеси. Полупроводники с электронной проводимостью называются полупроводниками n-типа (от слова negative — отрицательный). Полупроводники с дырочной примесной проводимостью называются полупроводниками p—типа (от слова positive — положительный).
Донорными примесями являются такие, добавление которых приводит к существенному увеличению концентрации свободных электронов в кристалле. Для того, чтобы примесь была донором электронов, необходимо, чтобы валентность элементов, ее составляющих, была больше валентности атомов решетки. Для кремния такой донорной примесью являются атомы пятивалентного мышьяка (As). Четыре электрона As участвуют в образовании парноэлектронной связи, а пятый электрон оказывается очень слабо связанным с атомом As и легко становится свободным.
Акцепторные примеси приводят к увеличению концентрации дырок. В соответствии с вышесказанным, валентность атомов акцепторной примеси ниже валентности атомов решетки кристалла. Для кремния такой примесью является трехвалентный индий (In). Теперь для образования нормальных парноэлектронных связей с соседями не хватает одного электрона. В результате образуется дырка. При наличии поля возникает дырочная проводимость.
В полупроводнике n-типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными. В полупроводнике p-типа дырки являются основными носителями заряда, а электроны — неосновными.
p—n-Переход — это простейшая полупроводниковая структура, которая используется в большинстве полупроводниковых приборов. Для получения p-n-перехода полупроводниковый образец легируют (вводят в него примеси) таким образом, чтобы в одной его части преобладали донорные примеси, а в другой — акцепторные, в результате получают контакт полупроводника n-типа с полупроводником p-типа.
Основным свойством p-n-перехода является его способность пропускать ток только в одном направлении, если напряжение приложено к образцу так, что проводимость осуществляется основными носителями тока, как это показано на рисунке выше: «-» со стороны полупроводника n-типа, «+» — со стороны p-типа (электроны из n-области переходят в p-область, и наоборот).
Если теперь поменять полярность приложенного напряжения U, то ток через p-n-переход практически не идет, т. к. переход через контакт осуществляется неосновными носителями, которых мало. Вольт-амперная характеристика р-n-перехода изображена на рисунке ниже.
Здесь правая часть графика — это прямой переход (осуществляемый основными носителями), левая, пунктирная часть — обратный переход (осуществляемый неосновными носителями). Свойства p-n-перехода используются для выпрямления переменного тока в устройствах, которые называются полупроводниковыми диодами.
Концентрация атомов донорной примеси. Схема включения и работы транзистора
Определение концентрации основных и неосновных носителей зарядов и положения уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны. Расчет концентрации атомов донорной примеси. Построение схемы включения транзистора, определение полярности напряжений.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.01.2012 |
| Размер файла | 1,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
вместо n величину ND и, обозначая уpовень Феpми через EFn, получаем:
Согласно известной формуле для расчета концентpации неосновных носителей заpяда в электронном полупpоводнике с учетом сдвига уpовня Феpми относительно сеpедины запpещенной зоны:
Определить концентрацию атомов донорной примеси Nд
1. Удельная электрическая проводимость полупроводника:
2. Поскольку в полупроводнике n типа nn >> pn, поэтому
В электронном полупроводнике кол-во свободных электронов приблизительно равно кол-ву атомов-доноров:
3. По условию задачи известно отношение:
Определить относительное уменьшение концентрации избыточных электронов на расстоянии х = 0,1 см от их введения
Распределение избыточной концентрации вдоль оси x характеризуется уравнением:
Откуда определим относительное уменьшение концентрации на расстоянии:
Относительное уменьшение концентрации на расстоянии x + xp:
Удельные сопротивления областей полупроводника, образующих резкий p-n переход равны pn = 1 Ом?см, pp = 10 Ом?см. Т = 300 К.
1. Определим концентрацию атомов донорной примеси Nд в полупроводнике типа n из формулы для определения удельного сопротивления:
2. Определим концентрацию атомов акцепторной примеси NА в полупроводнике типа р из формулы для определения удельного сопротивления:
3. Контактная разность потенциалов при приложении обратного напряжения к переходу:
4. Ширина перехода при обратном включении:
С учетом сопротивления базы, прямой ток реального p-n-перехода описывается уравнением:
Выразим из приведенного выше уравнения U:
Для построения графика ВАХ где прямой ток изменяется от 0 до 20 мА составим таблицу:
Для кремниевых p-n-переходов обратный ток удваивается на каждые 8°C
Температура удвоения обратного тока p-n перехода Т * позволяет рассчитать обратный ток iОБР(Т0 + DТ) при возрастании температуры на DТ по известному значению обратного тока при заданной температуре Т0.
т.е. ток увеличится в 13,45 раз.
атом транзистор полярность напряжение
Определить обратный тепловой ток перехода Iо, дифференциальное сопротивление перехода rpn и диффузионную емкость перехода Сдиф при прямом токе I = 10 мА.
1. Определим концентрации основных носителей зарядов в переходе:
2. Определим тепловой ток:
3. Определим дифференциальное сопротивление перехода при прямом токе 10 мА:
4. Определим диффузионную емкость:
Биполярный транзистор n-p-n структуры включен по схеме ОЭ. Напряжения между электродами: UБЭ = 0,7 В, UКЭ = 0,3 В.
Нарисовать схему включения транзистора, показать полярности напряжений и определить в каком режиме работает транзистор.
Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) приведена на рис.1
Нарисовать эквивалентную схему, соответствующую кусочно-линейной модели транзистора для активного режима. Определить токи iэ, iк, iб.
Рис. Эквивалентная схема для включения с ОЭ в активном режиме.
2. Определим ток базы:
3. Определим ток коллектора:
4. Ток эмиттера согласно схеме замещения:
Полевой n-канальный транзистор с управляющим p-n-переходом имеет минимальное сопротивление канала rк0 = 100 Oм и пороговое напряжение
Рассчитать и построить на графике зависимость тока стока ic от напряжения Uзи.
Вольтамперная характеристика полевого транзистора может быть описана приближенной формулой:
При приложении к затвору обратно, так называемого порогового напряжения ток от истока к стоку будет равен 0.
Минимальное сопротивление канала rк0 достигается при = 0.
Какой неосновной носитель заряда в донорной примеси
Удельная проводимость полупроводников в сильной степени зависит от вида и количества содержащихся в них примесей и дефектов. Для них характерна чувствительность к свету, электрическому и магнитному полю, радиационному воздействию, давлению. К ним относятся многие химические элементы и химические соединения: простые вещества (германий, кремний; селен, теллур, бор, фосфор, сера, сурьма, мышьяк), окислы и сульфиды многих металлов (NiO, Cu2O, CuO, CdO, PbS), тройные соединения (CuSbSr, CuFeSe2, PbBiSe3), твердые растворы (GeSi, GaAs1-x Px), органические красители и другие материалы (анрацен, фталоцианин, нафталин и другие).
Свободными носителями заряда в полупроводниках, как правило, являются электроны, возникающие в результате ионизации атомов самого полупроводника (собственная проводимость) или атома примеси (примесная проводимость).
где n и μ n – концентрация и подвижность электронов,
p и μ p – концентрация и подвижность дырок.
Подвижность носителей заряда представляет скорость, приобретаемую свободной частицей в электрическом поле единичной напряженности
Подвижность электронов, как правило, больше чем подвижность дырок
Примеси, поставляющие электроны в зону проводимости, занимают уровни в запретной зоне вблизи дна зоны проводимости. Они называются донорными. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны, располагаются на уровнях в запретной зоне вблизи потолка валентной зоны и называются акцепторными (рисунок 9.1). Для полупроводников 4-й группы (Si, Ge) донорные примеси это некоторые элементы 5-й группы (P, As), акцепторные – некоторые элементы 3-й группы (B, Al,Ga)
Рис. 9.1. Энергетические диаграммы полупроводников, содержащих донорные – а) и акцепторные – б) примеси
При низких температурах преобладает рассеяние на примесях, и подвижность μ изменяется согласно выражению
где a – параметр полупроводника.
При повышении температуры скорость носителей заряда возрастает, приводя к уменьшению времени нахождения носителя заряда под влиянием поля рассеивающих заряженных примесных атомов и увеличению подвижности частицы (рисунок 9.2).
Рис. 9.2. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры для примесного полупроводника
При высоких температурах преобладает рассеяние на тепловых колебаниях решетки, и подвижность μ изменяется согласно выражению
При увеличении температуры поперечное сечение объема, в котором колеблется атом решетки, увеличивается и таким образом вероятность рассеивания носителя заряда становится больше.
В примесном полупроводнике проявляются обе составляющие, и зависимость подвижности от температуры определяется выражением
Для примесных полупроводников
где Δ Wп – энергия ионизации примеси; В – константа, не зависящая от температуры.
С ростом температуры происходит увеличение степени ионизации примесных атомов, приводя к увеличению концентрации носителей заряда (рисунок 9.3). Начиная с некоторой температуры все примесные атомы ионизованы, и в интервале температур концентрация носителей заряда остается постоянной (область истощения примесей). При достижении определенной температуры концентрация носителей заряда снова увеличивается за счет переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости (собственные носители заряда).
Рис. 9.3. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры в примесных полупроводниках для различных степеней легирования
В области собственной проводимости удельная проводимость полупроводника зависит от температуры согласно выражению:
В области примесной электропроводности удельная проводимость определяется выражением:
Уменьшение удельной проводимости на участке 2 приведенной зависимости (рисунок 9.4) связано с истощением примесных уровней и рассеянием носителей на фононах (тепловых колебаниях решетки) и дефектах решетки при увеличении температуры.
Рис. 9.4. Зависимость удельной проводимости от температуры для примесных полупроводников при различных степенях легирования
Избыточные носители, диффундируя от места генерации за время жизни, преодолевают некоторое расстояние L до тех пор, пока их концентрация уменьшится в «е» раз. Это расстояние называется диффузионной длиной, которая определяется по формуле
Выпрямительными свойствами обладает лишь p-n переход и контакт полупроводника с другими металлами. p-n переход представляет собой границу, отделяющую друг от друга области с дырочной и электронной проводимостью в примесном полупроводнике. Переход должен быть непрерывным. В цепи с переменным электрическим полем p-n переход работает как выпрямитель.
Эффект Холла заключается в возникновении ЭДС Холла на гранях полупроводникового бруска с током, помещенного в магнитное поле. Величина ЭДС Холла определяется векторным произведением тока I и магнитной индукции B. На рисунке 9.6 изображен случай дырочного полупроводника.
Знак ЭДС Холла легко определить по правилу левой руки. Отогнув в сторону большой палец, найдем направление смещения основных носителей заряда для данного типа полупроводника. Рассчитывается ЭДС Холла так
где Rx – постоянная Холла R=-A/(nq) – для n-полупроводника, R=B/(pq) – для p-полупроводника, n и p концентрации электронов и дырок); A и B – коэффициенты, значения которых от 0.5 до 2.0 для различных образцов. В сильных полях или для вырожденных полупроводников A=B=1.0.
Эффект Ганна – относится к эффектам сильного поля и заключается в появлении высокочастотных колебаний электрического тока при воздействии на полупроводник электрического поля высокой напряженности. Впервые этот эффект наблюдался на арсениде галлия GaAs и фосфиде индия InP. На основе этого эффекта разработаны приборы, генерирующие в диапазоне частот до сотен ГГц.
Фотоэлектрический эффект. При облучении полупроводников светом в них можно возбудить проводимость. Фототок с энергией h υ большей или равной ширине запрещенной зоны Δ W o переводит электроны из валентной зоны в зону проводимости. Образующаяся при этом пара электрон-дырка является свободной и участвует в создании проводимости.
Таким образом, если h υ Δ Wo – для собственных полупроводников, h υ Δ Wп – для примесных полупроводников, то появляются добавочные носители тока и проводимость повышается. Эта добавочная проводимость называется фотопроводимостью. Основная проводимость, обусловленная тепловым возбуждением носителей тока называется темновой проводимостью.
Вопрос. Какая ширина запрещенной зоны у полупроводников?
Ответ. По ширине запрещенной зоны к полупроводникам относят вещества, ширина запрещенной зоны которых лежит в диапазоне 0.1 – 3.0 эВ.
Вопрос. От чего сильно зависит удельная проводимость полупроводников?
Ответ. Удельная проводимость полупроводников зависит от вида и количества содержащихся в них примесей и дефектов. Для них характерна чувствительность к свету, электрическому и магнитному полю, радиационному воздействию, давлению и др.
Вопрос. Какие материалы относятся к полупроводникам?
Ответ. Простые вещества: германий, кремний; селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, сурьма, мышьяк; окислы и сульфиды многих металлов: NiO, Cu2O, CuO, CdO, PbS ; тройные соединения: CuSbSr, CuFeSe2, PbBiSe3 и др.; твердые растворы GeSi, GaAs1-x Px и др.; органические красители и другие материалы: анрацен, фталоцианин, нафталин…
Вопрос. Какие примеси называются донорными?
Ответ. Примеси, поставляющие электроны в зону проводимости.
Вопрос. Какие примеси называются акцепторными?
Ответ. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны.
Вопрос. Что представляет собой p-n переход?
Ответ. p-n переход представляет собой границу, отделяющую друг от друга области с дырочной и электронной проводимостью в примесном полупроводнике.
Вопрос. В чем состоит эффект Холла?
Ответ. Эффект Холла заключается в возникновении ЭДС Холла на гранях полупроводникового бруска с током, помещенного в магнитное поле.
Вопрос. В чем состоит эффект Ганна?
Ответ. Эффект Ганна относится к эффектам сильного поля и заключается в появлении высокочастотных колебаний электрического тока при воздействии на полупроводник электрического поля высокой напряженности.
Вопрос. Что такое темновая проводимость?
Ответ. Основная проводимость, обусловленная тепловым возбуждением носителей тока называется темновой проводимостью.
Вопрос. Что такое фотопроводимость?
Ответ. Добавочная проводимость, возникающая при облучении полупроводника светом, называется
