Головна

Домішкові напівпровідники.

  1.  Напівпровідники. ефект Холла
  2.  Власні напівпровідники.

 Розглянемо якісно залежність провідності домішкових напівпровідників від температури. На рис. наведено типовий графік залежності lns від зворотного абсолютної температури. Він характерний як для напівпровідників n-типу, так і для р-типу. Те, що крива є прямі відрізки в таких координатах, показує, що провідність залежить від температури експоненціально.

Зручніше розглядати графік для напівпровідника n-типу. При невеликих температурах (відрізок ab) провідність зростає за рахунок переходу електронів з донорних рівнів в зону провідності. Починаючи з деяких температур провідність виявляється незалежною від температури (ділянка bc). Це пояснюється тим, що всі електрони з донорной зони перейшли в зону провідності. При подальшому нагріванні провідність починає різко збільшуватися за рахунок перекидання електронів з валентної зони (ділянка cd). За нахилу прямої ab можна знайти ширину забороненої зони DЕ1, А по нахилу прямої cd ширину забороненої зони DЕ2.

5. Контакт двох напівпровідників з різним типом провідності, р-n-перехід і його вольтамперної характеристики. Напівпровідникові прилади.

 Якщо привести в контакт два речовини з різним типом провідності, то в місці контакту утворюється вузька зона, яка називається р-n-переходом або замикаючим шаром. Ширина D х цієї зони для напівпровідників близько 10-5-10-4 см, для металів близько 10-8 см.

У напівпровіднику n-типу є безліч основних носіїв (електронів) і значно менша кількість неосновних носіїв (дірок).

У р-типу - безліч основних носіїв (дірок) і істотно менше неосновних (електронів).

У нижній частині малюнка великими гуртками позначені основні носії, малими - неосновні. За рахунок теплового руху основні носії дифундують (хаотично переміщаються), зустрічаються на кордоні контакту і рекомбінують. Тому межа n-типу заряджається позитивно, а межа р-типу - негативно. При цьому кількість носіїв не зменшується, тому що одночасно відбувається зворотний процес - генерація носіїв за рахунок теплового збудження. При динамічній рівновазі в місці контакту виникає постійна різниця потенціалів Dj і створюється дифузний струм основних носіїв IО. В контактної області виникає внутрішнє електричне поле з напруженістю ЕВНУТР, Яке перешкоджає переходу всіх основних носіїв через кордон (звідси назва «замикаючий шар»). Неосновні носії, які опинилися поблизу кордону, під дією цього поля проходять через замикаючий шар, створюючи невеликий струм неосновних носіїв IН / О (Дрейфовий струм).

Якщо до системі не докладено зовнішнє електричне поле, ці струми рівні, течуть в протилежних напрямках, тому результуючий струм дорівнює нулю.

Якщо до системи прикласти зовнішнє електричне поле (підключити до батареї), то в залежності від полярності, струм через систему буде проходити або не проходити. Коли до напівпровідника р-типу прикладений більш високий потенціал (плюс батареї - лівий малюнок), то під дією напруженості зовнішнього поля ЕВНЕШ основні носії будуть проходити через замикаючий шар.

Результуючий струм дорівнює різниці: I = IО-IН / О і збільшується з ростом зовнішньої різниці потенціалів. Якщо до р-типу підключити мінус батареї (правий рисунок), зовнішнє поле буде перешкоджати переходу основних носіїв, але сприяти переходу неосновних носіїв. Через замикаючий шар буде проходити дуже невеликий практично постійний струм неосновних носіїв, тому що цей струм не залежить від напруженості зовнішнього поля.

 На малюнку показана вольт-амперна характеристика р-n-переходу.

З графіка видно, що струм пропускного напрямки (прямий струм) збільшується зі зростанням напруги U нелінійно. При зміні полярності зворотний струм дуже малий і залишається практично незмінним. При дуже великому зворотній напрузі може статися незворотній пробою p-n-переходу.

 Освіта замикаючого шару відбувається не тільки при контакті домішкових напівпровідників, але і при контакті метал-напівпровідник і метал-метал, тому що деякі метали мають доречнийпровідністю (цинк). Пристрої, в яких використовується p-n-перехід для випрямлення змінного струму, називаються діодами.

Для випрямлення синусоїдального струму недостатньо одного діода, тому що вийде пульсуючий струм (див. рис.), необхідно використовувати кілька діодів і спеціальні схеми включення.

Раніше говорилося, що якщо до p-n-системи прикласти зовнішнє електричне поле, воно повідомляє носіям додаткову енергію, за рахунок якої вони можуть подолати потенційний бар'єр, перейти в зону провідності, і система починає проводити струм. Таку ж енергію можуть повідомити носіям і кванти світла. Для цього потрібно зробити шар p-типу дуже тонким, так, щоб світло могло проникнути до забороненої зони. Якщо енергія кванта буде дорівнює або більше ширини забороненої зони напівпровідника DЕ, носії долатимуть потенційний бар'єр замикаючого шару і проникати в область n-типу. Поєднуючи провідником зовнішні поверхні p- і n-напівпровідників, можна отримати струм в ланцюзі, що не під'єднуючи батарею, а тільки висвітлюючи світлом. Аналогічний ефект можна отримати, зробивши тонким шар n-типу і висвітлюючи його світлом.

 Широке застосування знайшли в техніці пристрої, які називаються транзисторами (напівпровідниковими тріодами), в яких використовуються два p-n-переходу (див. Рис.). Транзистори прийшли на зміну громіздким електронним лампам в радіотехніці. У них надзвичайно малі розміри, більш низька вартість і великий термін служби. Використовуються транзистори для генерування і посилення електричних сигналів і інших цілей.

 




 Квантова фізика. Виникнення квантової фізики. |  Тема 1. Теплове випромінювання. |  Випромінювання електромагнітних хвиль, що відбувається за рахунок енергії теплового руху молекул, називають тепловим випромінюванням. |  Тема 2. Дуалізм властивостей електромагнітного випромінювання. |  Тема 3. Фотоефект. |  Тема 4. Ефект Комптона. |  Тема 5. Енергетичні спектри атомів і модель атома Бора. |  Тема 6. Принципи квантової механіки. Рівняння Шредінгера. |  Тема 7. Застосування рівняння Шредінгера. |  Тема 8. Квантові числа. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати