- •1.Введение. Предмет дисциплины, цель изучения, основные определения
- •2.Металлы и сплавы, общие сведения. Строение металлов.
- •3.Электрофизические характеристики металлов.
- •4.Проводимость жидкостей и электролитов. Жидкости.
- •5.Классификация материалов.
- •6.Виды химической связи.
- •7.Строение реальных металлов, диффузионные процессы в металле, кристаллизация металлов.
- •8.Конструкционные стали.
- •12.Испытания конструкционных металлов. Микроскопический анализ.
- •13.Механические свойства материалов и методы их определения.
- •14.Метод Бринелля.
- •15.Метод Роквелла.
- •16.Метод Виккерса.
- •18.Метод Шора.
- •19.Испытание на усталость.
- •20.Испытание на ползучесть.
- •21.Определение ударной вязкости.
- •22. Порог хладноломкости. Определение трещиностойкости.
- •23.Электротехнические материалы, классификация и область применения.
- •24.Особенности зонно-энергетической структуры металлов.
- •25.Физическая природа электропроводности металлов
- •26.Факторы, влияющие на удельное сопротивление металлов
- •27.Электрические свойства металлических сплавов
- •28.Сопротивление проводников на высоких частотах
- •29.Электрофизические свойства тонких металлических пленок
- •31.Классификация проводниковых материалов по функциональному значению.
- •32.Контактные материалы
- •37.Криопроводники.
- •39.Магнитные материалы. Общие сведения о магнетизме
- •40.Классификация веществ по магнитным свойствам
- •41.Техническая кривая намагничивания
- •42.Петля гистерезиса
- •43.Магнитная проницаемость
- •44. Магнитострикция.
- •45. Намагничивание переменным полем.
- •46. Классификация магнитных материалов.
- •48. Магнитомягкие материалы.
- •49. Магнитомягкие высокочастотные материалы
- •50. Магнитотвердые материалы
- •51. Магнитные материалы специального назначения. Ферриты и металлические сплавы с ппг.
- •52. Ферриты для устройств свч.
- •53. Цилиндрические магнитные домены
- •54. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков
- •55. Электропроводность диэлектриков. Особенности электропроводности диэлектриков.
- •56. Электропроводность твердых диэлектриков
- •57. Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков.
- •58. Электропроводность жидких диэлектриков
- •59. Электропроводность газов.
- •60. Диэлектрические потери.
- •61. Пробой диэлектриков. Основные понятия.
- •62. Пробой твердых диэлектриков
- •63. Электроизоляционные материалы. Высоко полимерные твердые материалы.
- •64. Синтетические лаки, эмали и компаунды.
- •65. Бумаги и картоны
- •66. Слоистые пластмассы – материалы для печатных плат.
- •67. Слюдяные материалы
- •68. Электроизоляционная керамика
- •69. Активные диэлектрики
- •70. Пьезоэлектрики
- •71. Пироэлектрики
- •72. Электреты
- •73. Материалы для твердотельных лазеров
- •74. Жидкие кристаллы
- •75. Полупроводниковые материалы.
- •76. Электропроводность полупроводников.
- •77. Собственные и примесные полупроводники. Основные и не основные носители заряда.
- •78. Основные характеристики и свойства полупроводниковых материалов.
- •79. Конецентрация носителей заряда.
- •80. Подвижность носителей тока.
- •81. Теплопроводность полупроводников.
- •82. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры. Элементы статистики электронов.
- •83. Фотопроводимость.
76. Электропроводность полупроводников.
Полупроводники характеризуются как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах атомы устанавливают ковалентные связи (то есть, один электрон в кристалле кремния, как и алмаза, связан двумя атомами), электронам необходим уровень внутренней энергии для высвобождения из атома (1,76·10−19 Дж против 11,2·10−19 Дж, чем и характеризуется отличие между полупроводниками и диэлектриками). Эта энергия появляется в них при повышении температуры (например, при комнатной температуре уровень энергии теплового движения атомов равняется 0,4·10−19 Дж), и отдельные электроны получают энергию для отрыва от ядра. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное электрическое сопротивление уменьшается. Условно принято считать полупроводниками элементы с энергией связи электронов меньшей чем 1,5—2 эВ. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.
Дырка. Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Этот процесс обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой.
Обычно подвижность дырок в полупроводнике ниже подвижности электронов.
Энергетические зоны. Между зоной проводимости Еп и валентной зоной Ев расположена зона запрещённых значений энергии электронов Ез. Разность Еп−Ев равна ширине запрещенной зоны Ез. С ростом ширины Ез число электронно-дырочных пар и проводимость собственного полупроводника уменьшается, а удельное сопротивление возрастает.
Подвижность. Подвижность электронов (верхняя кривая) и дырок (нижняя кривая) в кремнии в зависимости от концентрации атомов примеси
Подвижностью называют коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей тока и величиной приложенного электрического поля
При этом, вообще говоря, подвижность является тензором:
Подвижность электронов и дырок зависит от их концентрации в полупроводнике (см. рисунок). При большой концентрации носителей заряда, вероятностьстолкновения между ними вырастает, что приводит к уменьшению подвижности и проводимости.
Размерность подвижности — м²/(В·с).
77. Собственные и примесные полупроводники. Основные и не основные носители заряда.
Собственная проводимость. Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».
Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:
где — удельное сопротивление, — подвижность электронов, — подвижность дырок, — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602·10−19 Кл).
Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид:
Примесная проводимость. Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.
Электронные полупроводники (n-типа)Полупроводник n-типа.
Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.
Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:
Дырочные полупроводники (р-типа) Полупроводник p-типа.
Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называютсяакцепторными.
Проводимость p-полупроводников приблизительно равна: