Билет 1. Классификация веществ. Зонная диаграмма. Понятие носителей заряда. Теория проводимости. Собственная и примесная проводимость.
К
полупроводниковым материалам относят
вещества, которые при комнатной
температуре имеют удельное сопротивление
р в пределах от
Ом*см. Вещества со значительно меньшим
сопротивлением (
)
причисляются к проводникам (металлам),
а со значительно большим (
к непроводникам (диэлектрикам).
При нагревание абсолютно чистого и однородного полупроводника (собственного) свободные электроны и дырки всегда образуются парами. Число этих пар в стационарном режиме определяется равновесием между процессами термогенерации и рекомбинации носителей. Проводимость собственного полупроводника, обусловленную парными носителями теплового происхождения, называют собственной.
Проводимость, обусловленную наличием примесных атомов, нарушающих структуру кристаллической решётки, называют примесной.
В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника. Если значительно преобладают электроны, то такой полупроводник называется полупроводником n-типа. Электроны, в этом случае, называются основными носителями заряда, а дырки — неосновными. И наоборот. Зонная структура:
Билет 2. Теория электропроводимости. Дрейф носителей заряда.
Та как по классической
теории радиус электрона
,
то при концентрации их
объем электронов составляет
объёма вещества.
Поскольку плотность тока есть заряд, проходящий в единицу времени через единичное сечение площадки, перпендикулярной направлению скорости движения электронов, то J=-env, где v- дрейфовая скорость. Движение носителей заряда под действием электрического поля иначе называется дрейфом носителей, а ток проводимости — током дрейфа iдр. Полный ток проводимости складывается из электронного и дырочного токов: iдр= inдр+ ipдр
Заполнение валентной зоны.
Рассмотрим несколько возможных состояний валентной зоны:
1)Валентная зона заполнена электронами частично. В этом случае под действием внешнего электрического поля электроны переходят на соседние свободные энергетические уровни. Наличие свободных незанятых состояний в зоне даёт возможность электронам двигаться в ней под действием внешнего электрического поля и переносить электрический заряд. Т.о., для того, чтобы в твёрдом теле протекал электрический ток, в валентной зоне должны быть свободные состояния.
2)В валентной зоне все возможные электронные состояния заняты, но эта зона перекрывается со свободной зоной, не занятой электронами. В этом случае электроны валентной зоны будут переходить на энергетические уровни свободной зоны и осуществлять перенос электрического заряда.
3)Число возможных состояний в валентной зоне равно количеству валентных электронов атомов, образовавших кристалл. В этом случае все состояния в зоне заняты электронами, на каждом уровне зоны располагается по два электрода с противоположно направленными спинами. Поэтому внешнее электрическое полнее не может создать направленного движения такой совокупности электронов, ибо в заполненной зоне электроны могут только взаимно обмениваться местами. Следовательно, такой кристалл не может проводить ток, он является диэлектриком