Статистика электронов и дырок в полупроводниках (лабораторная работа)

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Рыбинская государственная авиационная

технологическая академия им. П. А. Соловьева

Кафедра Общей и технической физики

Лаборатория «Статистическая физика и термодинамика»

УТВЕРЖДЕНО

на заседании методического

семинара кафедры физики

«  » _________ 2007 г.

Зав.каф.  Пиралишвили Ш.А.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 

ПО СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ И ТЕРМОДИНАМИКЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №CТ-6

Статистика электронов и дырок в полупроводниках

                                                                    Методическое руководство

разработано доц. Суворовой З.В.                    

                                                                                     Рецензент Шувалов В.В.

Рыбинск, 2007 г.

УКАЗАНИЯ ПО

ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

         К работе с прибором допускаются лица, ознакомленные с устройством, принципом работы и прошедшие инструкцию  по технике безопасности.

         Запрещается включать установку в сеть без заземления.

         Запрещается работать со снятым кожухом установок.

         Прибор имеет подключение к электрической сети. Соблюдайте нормы электробезопасности и требования инструкции №170 по технике безопасности. Не включайте прибор в сеть, пока не ознакомитесь с его конструкцией и основными требованиями к работе с ним.

       Перед началом работы убедитесь, что тумблеры выключены, а переключатели находятся в крайнем левом положении.

  Цель работы: исследование проводимости контактов двух полупроводников с различной проводимостью

1.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Р-П переход

Для создания контакта двух областей с разным типом проводимости (р-п –переход) в полупроводник вводится как донорная, так и акцепторная примеси. При этом концентрации доноров и акцепторов меняются так, что в одной части образец содержит доноры и обладает электронной проводимостью, а в другой части содержит акцепторы и обладает дырочной проводимостью, и,  следовательно, в некоторой области кристалла происходит смена электропроводности с электронной на дырочную.

При малых концентрациях примеси (10) проводник не вырожден, и уровень Ферми лежит в запрещенной зоне. Когда концентрация примесей превышает эффективные плотности состояний (), уровень Ферми перемещается в зону проводимости (при донорной примеси). Такой полупроводник считается вырожденным.

Будем считать, что переход бесконечно узкий, и акцепторная область полупроводника легирована сильнее, чем донорная, т.е. N_a > N_d , где  - концентрация донорной примеси,  - акцепторной. Распределение примесей показано на рис. 1.1.

В первый момент соприкосновения n- и p-областей вблизи границы перехода будет существовать большой градиент концентрации электронов и дырок. В результате начнется диффузия электронов из n-области в pи дырок из p в n. Происходит разделение зарядов, вследствие чего появится положительный объемный заряд в n-области, примыкающей к переходу, обусловленный положительными ионами донорной примеси; и отрицательный – в p-области, созданный отрицательными ионами акцепторной примеси (рис.1.2). Эти объемные заряды в области контакта создадут сильное электрическое поле, направленное от nк p-области и препятствующее движению электронов и дырок (рис. 1.2).  В результате установится равновесное состояние, характеризующееся постоянством уровня Ферми для всего полупроводника, а в области перехода, где есть поле, энергетические зоны будут искривлены (рис. 1.3). Это искривление вызовет перераспределение концентрации электронов и дырок и изменит ход электрического потенциала в области p-n перехода.