- •Конспект лекций
- •Энергетическая диаграмма твердого тела выглядит:
- •Ширина запрещенной зоны влияет на электропроводность:
- •2 Внутреннее строение полупроводников
- •2.1 Примесная проводимость полупроводника
- •2.1.1 Донорная (электронная) проводимость
- •Большое количество положительных ионов
- •2.1.2 Акцепторная (дырочная) проводимость
- •Большое количество отрицательных ионов
- •2.2.2 Диффузионный ток
- •3 Контактные явления
- •3.1 P-n переход
- •3.1.1Обратное включение p-n перехода
- •3.1.2 Прямое включение p-n перехода
- •3.1.3 Вольт-амперная характеристика перехода. Выпрямляющий и омический контакты
- •3.2 Емкости p-n перехода
- •Диффузионная емкость
- •3.3 Пробой p-n перехода
- •Обратная ветвь вах при пробое:
- •Виды пробоев:
- •3.3.1 Тепловой пробой
- •3.3.2 Электрический пробой
- •Механизм туннельного пробоя:
- •4 Внутренний и внешний фотоэффект
- •4.1 Внутренний фотоэффект
- •4.2 Внешний фотоэффект
- •5 Пьезоэффект
- •6 Параметры диодов, транзисторов
- •Обозначение:
- •6.1 Буквенно-цифровое обозначение (бцо) диодов бцо диодов содержит 4 элемента:
- •6.2 Буквенно-цифровое обозначение стабилитронов бцо стабилитронов состоит из четырех элементов:
- •6.3 Бцо транзисторов
- •7 Лазеры
- •7.1 Принцип работы лазера
- •7.2 Особенности лазерного излучения
- •7.3 Лазеры на гетероструктурах
- •Применение гетеропереходов:
- •7.4 Применение лазеров
- •Литература
2.1 Примесная проводимость полупроводника
В электронике часто применяются полупроводники, у которых часть атомов основного вещества замещена атомами другого вещества – примесью.
Введение в чистый полупроводник примесей называется легированием.
Легирование резко изменяет свойства полупроводника. Основные полупроводниковые элементы (германий, кремний) четырехвалентны.
Для легирования используются либо трехвалентные элементы: индий (In), бор (В), алюминий (Al); либо пятивалентные: фосфор (Р), сурьма (Sb), мышьяк (As), т.е. валентность примеси должна отличаться от валентности основного вещества на единицу.
2.1.1 Донорная (электронная) проводимость
Если к четырехвалентному чистому полупроводнику добавить пятивалентную примесь, то 4 валентных электрона атома примеси будут взаимодействовать с 4-мя валентными электронами атома чистого полупроводника, образуя четыре прочные ковалентные связи. Пятый валентный электрон атома примеси оказывается лишним – ему не хватает пары.
Этот пятый электрон слабо связан с атомом, поэтому уже при комнатной температуре (получив тепловую энергию) легко отрывается от атома и становится свободным.
Атом примеси при этом ионизируется – становится положительным ионом.
При комнатной температуре все атомы примеси ионизированы.
Кроме процесса ионизации в таком полупроводнике происходит еще процесс генерации, в котором участвуют атомы чистого полупроводника. При этом часть валентных электронов этих атомов, получив тепловую энергию в виде комнатной температуры, переходит из валентной зоны (ВЗ) в зону проводимости (ЗП) и становится свободными. На их месте в валентной зоне образуются дырки. Происходящие процессы можно изобразить следующим образом:
Процесс ионизации
(участвуют атомы примеси)
Процесс генерации
(участвуют атомы чистого полупроводника)
Большое количество положительных ионов
большое количество свободных электронов
малое количество свободных электронов
малое количество
дырок
Таким образом, в результате двух процессов в таком полупроводнике носители заряда распределяются следующим образом: имеется большое количество свободных электронов и малое количество дырок. Ионы носителями заряда не являются (не перемещаются), поэтому речь о них не идет.
Пятивалентная примесь называется донорной (от слова «донор» - отдать) или электронной, т.к. основными носителями заряда (ОНЗ) в этом полупроводнике являются электроны. Дырки в этом полупроводнике будут являться неосновными носителями заряда (ННЗ).
Полупроводник с электронной проводимостью называется донорным полупроводником или полупроводником n-типа (буква «n» - первая буква слова negative – отрицательный).
2.1.2 Акцепторная (дырочная) проводимость
Введем в чистый полупроводник трехвалентную (акцепторную) примесь.
При этом 3 валентных электрона атома примеси взаимодействуют с 3-мя валентными электронами атома чистого полупроводника, образуя три прочные ковалентные связи. Четвертая ковалентная связь оказывается неполной – для нее не хватает электрона примеси, а значит, на этом месте образуется дырка.
Эта дырка может быть заполнена валентным электроном из соседней ковалентной связи, но тогда возникнет дырка в другом месте и т.д. Валентный электрон, заполнивший дырку, ионизирует атом примеси – возникает отрицательный ион.
Как и в предыдущем случае, при комнатной температуре все атомы примеси ионизированы.
Кроме процесса ионизации в таком полупроводнике также происходит процесс генерации, в котором участвуют атомы чистого полупроводника. При этом часть валентных электронов этих атомов, получив тепловую энергию в виде комнатной температуры, переходит из валентной зоны (ВЗ) в зону проводимости (ЗП) и становится свободными. На их месте в валентной зоне образуются дырки. Происходящие процессы можно изобразить следующим образом:
Процесс ионизации
(участвуют атомы примеси)
Процесс генерации
(участвуют атомы чистого полупроводника)