Электр. Презентация 1
.pdf
Зонная диаграмма - энергетические зоны в собственном полупроводнике
EC
EV
T=0K
E
I0 = 0
Ничего нет!!!
Запрещенная
зона
Все заполнено!!!
Результатповышения EC температуры -
генерация
EV
T>0K
E
I1 > 0
свободный
электрон
-
Запрещенная
зона
+ 
свободная
дырка
Зонная диаграмма - энергетические зоны в
диэлектрике
EC
EV
T=0K
E
I=0
Ничего нет!!!
Запрещенная зона – очень большая ширина!!!
Все заполнено!!!
EC
Результат
повышения температуры – НЕТ!!!
EV
T=0K
E
I=0
Ничего нет!!!
Запрещенная зона – очень большая ширина!!!
Все заполнено!!!
Различие между полупроводниками и диэлектриками
Ширина запрещенной зоны
|
E g |
EC |
EV |
|
|
Полупроводники |
|
||
E g Si |
1.11eV , |
E g Ge |
0.69 eV |
|
Диэлектрики
E g Si 1eV
Примесная проводимость (n-тип) в свете зонной
теории
―
― |
|
Si |
|
+4 |
|
|
|
|
|
1 ― |
|
|
|
― |
― |
|
Si |
|
+4 |
|
|
|
|
|
4 |
― |
|
|
|
|
|
― |
― |
|
Si |
|
+4 |
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
― |
―
―
―
―
Si
― |
+4 |
― |
― |
|
|
|
2 |
― |
свободный |
|
|
|
||
|
|
электрон |
|
|
|
|
― |
|
― |
|
|
|
P |
|
|
― |
+5 |
― |
― |
|
|
|
|
5 |
― |
+ ион атома |
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
― |
|
|
|
Si |
|
|
― |
+4 |
― |
― |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
― |
|
|
―
Si
+4 ―
―3
―
Si
+4 ―
― 6
―
Si
+4 ―
9
―
Все места в оболочках заняты – валентная зона заполнена Доноры отдают "лишние" для оболочки свободные электроны,
которые появляются в зоне проводимости.
Зонная диаграмма - энергетические зоны в примесном полупроводнике n-типа
EC ED
EV
T=0K
E
I0 = 0
Ничего нет!!!
ED - уровень, создаваемый
атомом донора
Все заполнено!!!
Запрещенная
зона
Результат
повышения температуры – активация примеси
EC - EV ≈ 1.1eV
EC - ED ≈ 0.1eV
T>0K
E
I1 > 0
свободный EC 
- электрон
ED + |
ОПЗ |
|
Запрещенная
зона
EV
Все заполнено!!!
Примесная проводимость (p-тип) в свете зонной
теории
―
―
Si +4
1 ―
―
――
2
―
Si
+4 |
― |
― |
|
|
|
― |
|
|
связанный ― электрон
―
Si
+4
3
+
―
―
свободная
дырка
― |
Si |
|
+4 |
||
|
||
|
4 ― |
|
|
― |
|
― |
Si |
|
+4 |
||
|
―
―
In
― |
+3 |
― |
― |
|
|
|
|
5 |
― |
― ион атома |
|
|
In |
||
|
|
|
|
|
― |
|
|
|
Si |
|
|
― |
+4 |
― |
― |
|
|
|
|
Si
+4 ―
―6
―
Si
+4 ―
7 |
8 |
9 |
― |
― |
― |
Свободных электронов нет – зона проводимости пуста. Акцептор захватил электрон из "чужой" оболочки и создал там дырку. Уровень электрона на свободном месте – это
уровень дырки в валентной зоне.
Зонная диаграмма - энергетические зоны в |
|||||
|
примесном полупроводнике p-типа |
||||
|
T=0K |
Запрещенная |
|
|
T>0K |
|
E |
зона |
|
|
E |
|
|
|
|
||
|
I0 = 0 |
|
|
|
I1 > 0 |
|
Результат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EC |
Ничего |
повышения |
EC |
|
Ничего |
нет!!! |
температуры – |
|
нет!!! |
||
|
|
активация |
|
|
Запрещенная |
|
|
примеси |
|
|
зона |
EA |
|
|
EA |
- |
ООЗ |
|
|
|
|||
EV |
|
|
EV |
|
свободная |
Все |
|
|
|
||
|
|
|
|
дырка |
|
|
заполнено!!! |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
Зонная диаграмма - энергетические зоны в проводнике
T=0K |
T>0K |
||||
E |
|
|
E |
||
|
|||||
|
|
|
|
|
|
I0 ≠ 0 |
|
|
I1 ≠ 0, I1 < I0 |
||
|
― |
|
― |
|
|
|
|
||
|
― |
Результат |
― |
|
EV |
EV |
|||
|
||||
|
|
повышения |
|
|
EC |
|
температуры E |
||
|
|
|
C |
|
Все |
Все |
заполнено!!! |
заполнено!!! |
Валентная зона полностью заполнена.
В зоне проводимости есть свободные электроны.
Зоны перекрываются, т.е. EV > EC (в ПП – наоборот!!!)
Понятие энергии (уровня) Ферми.
Физико-математические "корни" энергии Ферми (EF)
Распределение Ферми для электронов в ТТ
Pn E |
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
E E F |
|
|
|
e kT |
1 |
||
E – одно из возможных значений энергии электрона,
Pn (E) – вероятность обнаружения электрона с энергией Е, (EF) – энергия Ферми,
k – постоянная Больцмана, Т – температура К
Изначально: энергия Ферми EF – просто параметр уравнения
При анализе зонных диаграмм энергию Ферми EF – принято называть уровнем Ферми.