загрузка...
загрузка...
На головну

Температурна залежність електропровідності напівпровідників

  1. I. 3.2. Залежність психічних функцій від середовища і будови органів
  2. Автономність-залежність учнів у навчальній діяльності
  3. Афективна навантаження учасників МКК і її залежність від культурної дистанції
  4. Ймовірність влучення і її залежність від різних причин
  5. Взаємозалежність між концентрацією натрію в плазмі і осмоляльностью позаклітинної і внутрішньоклітинної рідини
  6. взаємозалежність рішень
  7. Взаємозалежність соціології та теорії соціальної роботи в діяльності по захисту інтересів працівників освіти і учнів

Закон Ома в диференціальній формі

 (35.2)

містить питомий опір  або питому електропровідність  . Питомий опір характеризує перетворення енергії електричного струму в теплоту. Щільність струму в металі

 , (35.3)

де  - Концентрація електронів провідності,  - Елементарний заряд,  - Середня швидкість направленого руху електронів,  - Рухливість електронів провідності, що дорівнює середній швидкості спрямованого руху, що купується електронами під дією електричного поля одиничної напруженості. З (35.2) і (35.3) отримуємо

 . (35.4)

У металах рухливість  електронів з підвищенням температури зменшується, так як в результаті зростання амплітуди теплових коливань атомів електрони частіше з ними стикаються, а тому між зіткненнями прискорюються зовнішнім полем до менших швидкостей. концентрація  електронів провідності в металах від температури не залежить. Тому з підвищенням температури питома електропровідність  металів зменшується, а питомий опір зростає.

Питому електропровідність чистого (бездомішкового) напівпровідника, звана власної питомою електропровідністю,

 , (35.5)

де ,  - Концентрації, а и  - Рухливості електронів провідності і дірок, відповідно.

У бездомішкових напівпровідниках рівень Фeрмі лежить приблизно посередині забороненої зони. Тому для електронів зони провідності, розташованих поблизу дна зони провідності, показник ступеня в (35.1)

 . (35.6)

З врахуванням того, що  , Ймовірність заповнення електронами станів зони провідності

 . (35.7)

Кількість електронів, які перейшли в зону провідності, а отже, і кількість дірок, які утворилися в валентної зоні, буде пропорційно ймовірності (35.7).

У напівпровідниках, так само як і в металах, з підвищенням температури рухливості електронів  і дірок  зростають, але концентрація носіїв внаслідок переходу все нових електронів з валентної зони в зону провідності зростає значно швидше. В результаті питома електропровідність напівпровідника зростає:

 , (35.8)

 де  - Основа натуральних логарифмів,  - Ширина забороненої зони,  - Постійна Больцмана,  - Абсолютна температура,  - Граничне значення питомої електропровідності напівпровідника при устремлінні температури в нескінченність, коли населеності валентної зони і зони провідності електронами практично вирівнюється. Таким чином, питома електропровідність напівпровідника з підвищенням температури зростає по експонентному закону (див. Рис. 35.10).

Температурна залежність опору напівпровідника має вигляд:

 , (35.9)

де  - Граничне значення опору напівпровідника при устремлінні температури в нескінченність. При низьких температурах питомий опір напівпровідника досить велика і він практично є ізолятором, а при дуже високих температурах питомий опір стає майже таким же, як у металів.

До напівпровідників належать кристали багатьох елементів таблиці Менделєєва (кремній Si, германій Ge, селен Se і ін.), Закис міді  , Сірчистий свинець  і багато інших хімічні елементи. Сучасна мікроелектроніка практично повністю базується на кремнії. Атом кремнію має порядковий номер у періодичній системі Менделєєва  . Тому заряд ядра атома кремнію дорівнює  і до складу атома входить 14 електронів. Чотири з них утворюють найбільш віддалену від ядра електронну  оболонку. Ці чотири електрона порівняно слабо пов'язані з ядром. Вони забезпечують чотири ковалентні зв'язки кремнію в хімічних сполуках і тому називаються валентними електронами. Решта десять електронів разом з ядром утворюють остов атома, що має заряд . Чотири валентних електрона рухаються навколо остова і утворюють хмару негативного заряду. На рис. 35.11 показано схематичне зображення атома кремнію з його чотирма ковалентними зв'язками.

 У кристалічній решітці кремнію кожен атом оточений чотирма найближчими сусідами. Спрощена плоска схема розміщення атомів зображена на рис. 35.12. Зв'язок двох сусідніх атомів здійснюється парою електронів, що забезпечують так звану парно-електронну, або ковалентний зв'язок. Зображена картина відповідає чистому кремнію при дуже низькій температурі. В цьому випадку всі валентні електрони задіяні в утворенні зв'язків між атомами і не можуть брати участь в електропровідності.

 При підвищенні температури кристала теплові коливання решітки призводять до розриву деяких ковалентних зв'язків. Внаслідок цього частина електронів, задіяних раніше в освіті ковалентних зв'язків, відщеплюються і стають електронами провідності. При наявності зовнішнього електричного поля вони переміщаються проти поля і створюють електричний струм.

Догляд електрона, раніше брав участь в утворенні ковалентного зв'язку, призводить до появи вакансії - "дірки"(Див. Рис. 35.13). Виникнення дірок створює додаткову можливість для перенесення заряду. Дійсно, при наявності дірки валентний електрон сусіднього атома під дією зовнішнього електричного поля може перейти на місце дірки. Тоді в цьому місці відновиться ковалентний зв'язок, але зате виникне дірка в позиції, з якої перейшов валентний електрон, що заповнив вакансію. у цю нову дірку зможе перейти валентний електрон з іншого сусіднього атома і т. д. Внаслідок цього ток буде підтримуватися не тільки електронами провідності, але і валентними електронами, які переміщатися точно так же, як і електрони провідності, проти електричного поля. Дірки ж будуть переміщатися в напрямку електричного поля, тобто так, як рухалися б позитивно заряджені частинки. Таким чином, в напівпровідниках можливі два типи електропровідності: електронний, Здійснюваний рухом електронів провідності, і дірковий, Обумовлений рухом дірок.

Поряд з переходами електронів з пов'язаного стану у вільний (з валентної зони в зону провідності) відбуваються і зворотні переходи, коли електрон провідності заповнює одну з вакансій і перетворюється в валентний електрон (повертається із зони провідності у валентну зону). Цей процес називають рекомбинацией електрона і дірки. У рівноважному стані встановлюється така концентрація електронів (і точно така ж концентрація дірок), при якій за одиницю часу відбувається однакове число прямих і зворотних переходів.

 



Попередня   182   183   184   185   186   187   188   189   190   191   192   193   194   195   196   197   Наступна

тунельний ефект | КВАНТОВА ТЕОРІЯ АТОМА ВОДНЮ | постулати Бора | Атом водню в квантовій механіці | Рішення рівняння Шредінгера, тобто математичний опис орбіталі, можливо лише за певних, дискретних значеннях параметрів, які отримали назву квантових чисел. | спін ??електрона | Спектри. спектральний аналіз | Кристали. Зв'язки між атомами і молекулами в твердих тілах | Зони енергетичних рівнів електронів в кристалі | Провідники, напівпровідники і діелектрики по зонної теорії |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати