Управление образования южно казахстанской области
жүктеу/скачать 2.35 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Раздел 4 Полупроводниковые материалы Тема 4.1 Общие сведения о полупроводниках. Электронная и дырочная проводимости.
| Контрольные вопросы:
Классификация керамических материалов.. Электроизоляционные стекло и их применение в электропромышленности. Раздел 4 Полупроводниковые материалы Тема 4.1 Общие сведения о полупроводниках. Электронная и дырочная проводимости. Полупроводники - это материалы с электронной проводимостью, электрические свойства которых сильно зависят от содержания примесей, дефектов структуры и внешних воздействий (температуры, освещения, электромагнитного поля и т.д.). Интенсивно расширяется круг полупроводниковых материалов, различающихся не только природой химических связей, химическим и фазовым состояниями, но и структурным состоянием. Если раньше это были монокристаллические полупроводниковые материалы, то позднее наряду с монокристаллами различной степени совершенства стали применяться поликристаллические материалы, а затем и аморфные. Одной из наиболее важных теорем, на которой основана зонная теория, является теорема Блоха. Из теоремы Блоха следует, что энергия W является периодичной в пространстве обратной решетки. Таким образом, для однозначного определения энергии достаточно использовать значения волнового вектора в элементарной ячейке пространства обратной решетки. Такая ячейка называется зоной Бриллюэна. Простая кубическая(Р и т. д.) Объемноцентрированная кубическая (Na, W и т. д.) Ячейка цинковой обманки (GaAs, GaP и т. д.) Ячейка алмаза (C, Ge, Si и т. д.) Основные элементарные ячейки прямых решеток и кристаллическая структура ряда элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений (а – постоянная решетки) Элементарные ячейки решеток полупроводниковых соединений (а, с - постоянные решетки): а - ячейка решетки вюрцита CdS, ZnS и т.д.); б - ячейка решетки каменной соли (PbS, PbТе и т.д.) Форма и размеры зон Бриллюэна определяются симметрией кристалла и его межатомными расстояниями. В спектрах каждого из полупроводников имеется зона запрещенных энергий, в которой не существует электронных состояний. Эти состояния образуют разрешенные зоны с энергиями выше и ниже этой энергетической щели. Верхнюю разрешенную энергетическую область называют зоной проводимости, а нижнюю - валентной. Расстояние между дном области проводимости и потолком валентной называют шириной запрещенной зоны. К элементарным полупроводникам относятся вещества, расположенные в IV - VII подгруппах таблицы Менделеева - углерод (алмаз), кремний, германий, олово. Валентные оболочки свободных атомов этих элементов состоят из (ns)2(nр)2 электронов. Связи sр3 - гибридные тетраэдрические с углом 109°28'. Кремний является вторым по распространенности элементом земной коры - его содержание в ней по массе составляет 27,6 %. Из-за своей химической активности в свободном состоянии не встречается. Содержание германия в земной коре составляет 7 10-4 %. При этом он является рассеянным в природе элементом и в виде рудных месторождений почти не встречается. При температурах выше абсолютного нуля некоторые валентные электроны за счет тепловых флуктуаций преодолевают запрещенную зону и переходят в зону проводимости. Энергия, необходимая для разрыва связи и освобождения электрона, количественно равна ширине запрещенной зоны ΔЭ. Электрон, оторвавшийся от атома, становится свободным носителем заряда, а в валентной зоне остается эквивалентный положительный заряд, обладающий некоторой эффективной массой - дырка. Для восстановления нарушенной ковалентной связи образовавшуюся дырку в валентной зоне занимает электрон соседнего атома, начинается перемещение валентных электронов от атома к атому, сопровождающееся разрывом и восстановлением ковалентных связей. При отсутствии внешнего электрического поля свободные электроны и дырки беспорядочно блуждают по кристаллу. Под действием внешнего электрического поля создается направленное движение носителей заряда. Электропроводность, обусловленная возбужденными электронами в зоне проводимости, называется электронной проводимостью или проводимостью n-типа. Электроны валентной зоны эстафетно перемещаются по дыркам от атома к атому, что можно представить как движение дырок. Электропроводность, обусловленная диффузией дырок в валентной зоне, называется дырочной проводимостью или проводимостью р-типа. Кремний и германий являются самыми распространенными материалами полупроводниковой электроники и микроэлектроники. жүктеу/скачать 2.35 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|