Реферат Тақырыбы: «Жартылай өткізгіш материалдар»
жүктеу/скачать 39.76 Kb.
|
| µп = v/E
Ішкі өткізгіштегі электрондардың және тесіктердің мобильділігі әртүрлі болуы мүмкін, өйткені еркін электрондар мен электрондардың электр өрісінде жылжымалы байланыстардан өтпеген тесік байланыстары арқылы қозғалатын механизмі әртүрлі. Электрондардың қозғалуы әдетте тесіктердің қозғалғыштығынан жоғары. Кремний үшін µп = 0,145 м2/(В∙с), µр = 0,04 м2/(В∙с) (µр — тесіктік электрөткізгіштік). Жартылай өткізгіштегі еркін электрондардың концентрациясы металлдардан айырмашылығы атомдардың шоғырлануынан әлдеқайда төмен. Мысалы, кремнийдегі заряд тасымалдаушылардың ішкі концентрациясы 5∙1028 м-3атом концентрациясы кезінде 3∙1016 м-3. Еркін теріс зарядталған электронды және оң зарядталған өткізгіш тесіктерді қалыптастыру процессі электронды тесік жұптарын генерациясы деп аталады. Электр өткізгіштегі электронды-тесік жұптарымен бір мезгілде электронды реакция электрондар электр энергиясын ΔW босату арқылы валенттілігі диапазонына дейін электрондар оралғанда пайда болады. Бұл процесс заряд тасымалдаушылардың рекомбинациясы деп аталады. Өз коваленттік байланыстарының үзілуінен туындайтын жартылай өткізгіштің өткізгіштігі ішкі деп аталады. Жартылай өткізгіштің ішкі электрөткізгіштігі γп электронды өткізгіштік тен және тесіктің электрөткізгіштігі γр: γ = γ п + γ р Жартылай өткізгіштердің қоспаның өткізгіштігі жартылай өткізгіштің кристаллдық құрылымының жетілмегендігімен байланысты. Кристаллдық тордағы ақаулар тыйым салынған жолақтың ішіндегі қосымша энергия деңгейлерін қалыптастыруға себепші болады (4.4-сурет). епші болады (4.4-сурет). Осы себепті электронның қосымша деңгейден өткізу жолақтарына немесе валенттілігі диапазонынан қосымша деңгейге өтуі үшін тыйым салынған ΔW жолағының ені аз энергия қажет. Қосымша электр энергиясының деңгейінен электронды өту жағдайында электр өткізгіштің қосымша жолақшасы пайда болады. Электронның валенттілігі жолағынан қосымша энергия деңгейіне өтуі кезінде қосымша өткізгіштік тесіктері пайда болады. Кремний кристаллдық торында атом қоспасы бар болса, ол Д. И. Менделеевтің элементтерінің периодтық кестесінің V элементінің элементі болып табылады, мысалы фосфор (4.5-сурет), содан кейін бес валенттілігі фосфор электрондары кремнийдің негізгі элементінің көршілес атомдары бар коваленттік байланыстардың қалыптасуына қатысады. Фосфордың бесінші валентті электроны тек оның атомымен байланысты және бұл байланыстың беріктігі ковалентті байланыстың күшінен әлдеқайда аз. Бұл электронды энергияның қосымша деңгейіне Wп (4.4-суретті қараңыз) беру үшін, ΔW диапазонындағы алшақтықтың энергиясынан әлдеқайда аз энергия. Кремнийдегі валенттілігі электрон үшін, Wa = 0,044 эВ иондау энергиясы және ΔW = 1,12 эВ жолағы аралықтың энергиясы. Фосфор атомынан бөлінген бесінші электронды өткізгіш электронға айналады . Бөлек электронның орнында басқа фосфор атомдарының электрондарын толтыра алмайтын тесік пайда болады, өйткені оның кремнийдегі концентрациясы өте аз және оның атомдары бір-бірінен алыс орналасқан. Демек, тесік стационар болып қалады, мұндай жартылай өткізгіште тесік өткізілмейді және өткізгіштігі электронды сипатта болады. Электрондық өткізгіштігінің басым жартылай өткізгіштері электрондық немесе n-тип деп аталады (n-nеgativ - теріс). n типті жартылай өткізгіштегі электрондар негізгі заряд тасымалдаушылар деп аталады, ал тесіктер негізгі емес заряд тасымалдаушылар деп аталады. Жартылай өткізгіштегі қосымша еркін электрондардың пайда болуына себеп болатын ақаулар донорлар деп аталады, ал донордың қоспасынан электр өткізгіштігі электрондардың қоспасы деп аталады. Электрөткізгіштігі кезінде ΔWn қосымша энергия деңгейлері өткізгіш таспа (еркін аймақ) ΔWс жанында орналасқан (4.4-суретті қараңыз). Д. И. Менделеевтің элементтерінің периодтық жүйесіндегі III топтағы элемент болып табылатын кремний кристаллындағы кристаллдық торда қоспасы бар болса, мысалы, бор атомы, онда барлық үш валентті электрон кремнийлі коваленттік байланыстарды қалыптастыруға қатысады, ал бір кремний байланысы толтырылмай қалды. Бұл байланыс бор атомы бар төртінші қоспалық ковалентті байланыс түзуге, электрон арқылы көрші кремний атомы толы болады. Мұны істеу үшін электрон ΔWa тыйым салынған жолақ энергиясынан әлдеқайда төмен энергияны ΔW алуы керек (4.4 суретті қараңыз). Бор үшін белсендіру энергиясы (иондалуы) - ΔWa = 0.046 эВ. Қосымша электронды алу арқылы бор атомы иондалады және теріс ионға айналады. Бұл жағдайда көрші кремний атомының төрт байланыстарының бірі толық емес болып қалады. тесік пайда болады. Қабырғасының термиялық тербелістері нәтижесінде бұл толық емес байланыс жаңа көрмеге айналған атомның электронымен толтырылуы мүмкін.Осылайша, кейбір тесіктердің жоғалуы және басқалардың пайда болуы салдарынан хаотикалық қозғалыс кристаллданып, заряд тасымалдаушылары болып табылады. Сондықтан жартылай өткізгішті электрөткізгіштігі тесігі бар. Жартылай өткізгіштегі қосымша өткізгіш тесіктердің пайда болуына әкелетін ақаулар акцепторлар деп аталады, ал акцепторлардың қоспасынан электр өткізгіштігі – тесік өткізгіштігі. Қабылдаушы ақаулардың энергетикалық деңгейі ΔW a, әдетте, ΔWv валенттілігі топтарының жоғарғы жағында орналасқан. Тиісінше, тесік электрөткізгіштігі басым жартылай өткізгіштер тесігі немесе p-типті (p - positive - оң) деп аталады. ртипті жартылай өткізгіште негізгі заряд тасымалдаушылар - тесіктер, ал негізсіз электрондар - электрондар. Жартылай өткізгішке қоспаларды енгізу қоспалардың атомдары иондалуы нәтижесінде пайда болатын қоспаның өткізгіштігінің пайда болуына әкеледі. Ішкі қоспаның айырмашылығынан айырмашылығы тек бір белгінің заряд тасымалдаушыларының болуы (n-типті жартылай өткізгіштердегі электрондар және р-типті жартылай өткізгіштердегі тесіктер) болғандықтан қалыптасады. Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігінің шамасын және түрін бақылауға қабілеті қоспаларды енгізу нәтижесінде барлық жартылай өткізгіш құрылғылардың негізі құралады. Қажетті қоспалардың жартылай өткізгіштеріне бақылауды енгізу процессі легирлеу деп аталады. Егер қоспалар кристаллдық тордың түйіндері арасында енсе, олар интерстициальды қоспалар деп аталады. Өткізгіштігінің түрі негізінен атомның салыстырмалы өлшемдері бойынша анықталады. Егер қоспаның атомы жартылай өткізгіш атомды алмастырса және кристаллдық тордың орнына орналасса, онда мұндай қоспалар субстанциональды қоспалар деп аталады Көптеген қоспалардың атомдары кристаллдық тордағы орындарда жартылай өткізгіш атомдарды алмастыра алады және интерстициальды кеңістікке ене алады. Мұндай қоспалар амфотериялық деп аталады. Олар донорлар мен акцепторлар бола алады. Нақты жартылай өткізгіш материалдар донорлық және акцепторлық қоспаларды қамтиды. Егер донорлық қоспалардыңконцентрациясы Nд Na, акцепторларының қоспаларының шоғырлануынан жоғары болса, еркін электрондардың концентрациясы тесік шоғырлануынан үлкен болады (n> p). Электрондар негізгі тасымалдаушылар болып табылады, ал тесіктер базалық емес және жартылай өткізгіштерде электрондық өткізгіштігі басым. N a акцепторларының қоспаларының шоғырлануы донорлық қоспалардың концентрациясынан үлкен болса, Nд ,онда саңылау тасымалдаушылары негізгі тасымалдаушыларға айналады және жартылай өткізгіште электрөткізгіштігі басымболып келеді. Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігіне әсер етпейтін қоспалар бейтарап деп аталады. Жартылай өткізгіш материалдардың қасиеттері кристаллдық құрылымдағы басқа да ақауларға да әсер етеді: дислокация1, вакансии2 және т.б. Бірақ бұл кемшіліктерді қолдану арқылы жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігін бақылау мүмкін емес. Сондықтан, олар кристаллдық құрылымдағы ақаулардың барынша аз мөлшерімен жартылай өткізгіш материалдарды алуға ұмтылады,содан кейін легірлеу жасалынады. жүктеу/скачать 39.76 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|