39. Проведите классификацию полупроводниковых приборов, поясните принцип их условного обозначения.

Полупроводниковые приборы, ППП — широкий класс электронных приборов, изготавливаемых из полупроводников.

К полупроводниковым приборам относятся:

• Интегральные схемы (микросхемы)

• Полупроводниковые диоды (в том числе варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки),

• Тиристоры, фототиристоры,

• Транзисторы,

• Приборы с зарядовой связью,

• Полупроводниковые СВЧ-приборы (диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды),

• Оптоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, солнечные элементы, детекторы ядерных излучений, светодиоды, полупроводниковые лазеры, электролюминесцентные излучатели),

• Терморезисторы, датчики Холла.

40. Поясните физическую сущность, приведите количественные оценки известных типов проводимости полупроводниковых материалов

Германий и кремний имеют по четыре валентных электрона. Схема их идеальной кристаллической решетки приведена на рис. 18.2, а. При температуре абсолютного нуля по Кельвину все электроны полностью заполняют нижнюю разрешенную зону. Эта зона называется валентной. Ближняя разрешенная зона свободна, но отделена запрещенной зоной (рис. 18.2, б).

В слабом электрическом поле или при незначительном (несколько градусов) нагреве кристалла электроны получают дополнительную энергию, но ее недостаточно для преодоления запрещенной зоны. В валентной зоне свободных уровней нет. Поэтому, несмотря на полученное ускорение, электроны (носители заряда) остаются без движения. Кристалл ведет себя как диэлектрик.

С повышением температуры нагрева до определенной величины (Т ≈ 300 К) некоторые электроны получают энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны и перехода в свободную зону (рис. 18. 2, б). Такие электроны назвали электронами проводимости, а зону, в которую они перешли, зоной проводимости. Освободившийся энергетический уровень в валентной зоне называют дыркой. Переход электрона в зону проводимости означает разрыв одной из валентных связей в кристаллической решетке рис. 18.2, а. В зоне проводимости электрон может свободно перемещаться по кристаллу.

Близость локальных уровней к зоне проводимости (рис.18. 3, а) приводит к тому, что даже при небольшом нагреве электроны с этих уровней могут переходить в свободную зону проводимости. Далее электрон может перемещаться от атома к атому в пределах кристаллической решетки. Произошло образование свободного носителя заряда – электрона проводимости без образования дырки. При введении донорной примеси концентрация электронов может быть определена выражением ,

где С – концентрация примеси, – интервал энергии между верхним занятым примесным и нижним уровнями свободной зоны.

Обычно . Например, для германия с примесью фосфора , а для кремния – 0,045эВ. Поэтому n_n, рассчитанное по (18.4), при концентрации примеси С = 10¹⁷∙см³ значительно больше n, определенной по (18.1), и составляет 1,5∙10¹⁵. Таким образом, концентрация свободных электронов оказывается значительно больше концентрации дырок, поэтому электропроводность определяется концентрацией электронов. В этом случае электроны называют основными носителями зарядов, а полупроводник – полупроводником n – типа. Для полупроводника n – типа электрическая проводимость называется электронной и определяется выражением . (18.5)

При введении акцепторной примеси (рис. 18.3, б) рядом с валентной зоной образуются дополнительные энергетические уровни. При температуре абсолютного нуля они свободны. Однако достаточно незначительных температурных возмущений, чтобы электроны из валентной зоны перешли на дополнительные энергетические уровни. Переход электронов сопровождается образованием положительных зарядов основного вещества – дырок. Их концентрация р_р может быть определена аналогично (18.4). В этом случае дырки становятся основными носителями зарядов, а полупроводник – полупроводником р-типа. Для полупроводника р-типа электрическая проводимость называется дырочной и определяется выражением .