РАЗДЕЛ III
Полупроводниковые материалы
 |
Физические процессы в полупроводниках и их свойства
Основные обозначения
ρ – удельное сопротивление
п– – концентрация электронов
п+ – концентрация дырок
по– коэффициент пропорциональности
ΔW – расстояние между валентной зоной и зоной проводимости
К – постоянная Больцмана
Т – температура полупроводника, термодинамическая температура
W – энергия
f – частота
D – коэффициент диффузии
п – подвижность носителей заряда
е – заряд электрона, основание натуральных логарифмов
L – диффузионная длина
τ – время жизни носителей заряда
р – тип дырочной проводимости
п – тип электронной проводимости
WD – энергетический уровень донорных уровней
WV – энергоуровни заполненной зоны
WA – энергоуровни акцепторных примесей
WE – энергоуровни зоны проводимости
WC – энергия световых квантов
Р – вероятность существования электрона на энергетическом уровне W
WФ – энергетический уровень Ферми
γ – удельная проводимость
γо – коэффициент
γприм – удельная проводимость примеси
Еион – энергия активации
а, в – параметры материала
П – коэффициент Пельтье
α – коэффициент термо-ЭДС
λ – коэффициент теплопроводности
z – коэффициент термоэлектрической эффективности.
Согласно стандарта ГОСТа 19880-74 полупроводник-это вещество, основным свойством которого является сильная зависимость его электропроводности от воздействия внешних факторов (температуры, электрического поля, света и т.п.).
К классу полупроводников относятся вещества, которые с точки зрения электрической проводимости занимают промежуточное место между проводниками и электроизоляционными материалами. Удельная проводимость этих веществ лежит в диапазоне 106...10-8 см/м, что соответствует удельному электрическому сопротивлению 10-6… 108 Ом·м. Эти значения относятся к нормальным условиям. При повышенных температурах удельная проводимость многих электроизоляционных материалов повышается настолько, что по признаку удельного сопротивления их должны были бы считать полупроводниками. В то же время, удельная проводимость полупроводников при очень низких температурах может сравниться с удельной проводимостью электроизоляционных материалов так как при 0о К полупроводники не содержат свободных электронов и поэтому представляют собой диэлектрики. Однако в отличие от диэлектриков у полупроводников при повышении температуры возникает проводимость.
Увеличение удельной электрической проводимости объясняется изменением концентрации свободных носителей зарядов. Существенно меньшей концентрацией свободных электронов можно объяснить и более низкую удельную проводимость полупроводников. Так, если в металлах концентрация свободных электронов находится на уровне 1028м-3, полупроводник с концентрацией 1025м-3 считается уже вырожденным, т.е. непригодным для использования в качестве полупроводника.
И наоборот, от электроизоляционных материалов полупроводники отличаются существенно большей удельной электрической проводимостью и механизмом электропроводности.
От проводниковых материалов полупроводники отличаются, прежде всего, более низкой удельной электрической проводимостью. Сказанное проиллюстрировано на рисунке 10.1, где схематично дан разброс удельных сопротивлений твердых тел.
 |
10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 1010 1012 1014 1015 1016
Рис.10.1. Удельное сопротивление твердых тел ρ, Ом•см
Следовательно, эти границы условны и приведённые значения можно считать ориентировочными, особенно если учесть, что температурные коэффициенты удельного сопротивления могут отличаться не только по абсолютному значению, но и по знаку.
По признаку ширины запрещённой зоны полупроводниками считаются вещества, ширина запрещённой зоны которых лежит в диапазоне от 0,08..3 эВ, т.е. от разности энергий
Wc – Wv=∆W, (10.1)
где Wc, Wv и ∆W приводятся на рис.10.4….10.6
Ширина запрещённой зоны не является постоянной, а зависит от температуры. Опытным путём было обнаружено линейное уменьшение ширины запрещенной зоны с температурой.
Это объясняется, во-первых, тем, что при изменении температуры изменяется амплитуда колебаний атомов решетки полупроводника, и, во-вторых, тем, что в результате температурного удлинения изменяется расстояние между атомами в решетке. Эти два фактора оказывают противоположные действия.
10.1. Классификация полупроводниковых материалов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.