Полупроводники собственная проводимость

Рис. 4.17. Схема, характеризующая механизм собственной проводимости полупроводника

Рис. 68. Зонная схема собственной проводимости полупроводника

ЧИСЛО возможных уровней в зоне ровно в два раза больше, чем число электронов, вследствие чего она является зоной проводимости. Этим объясняется также высокая электрическая проводимость этих металлов. Существует несколько основных типов взаимного расположения энергетических зон (рис. А.62), соответствующих изолятору, одновалентному металлу, двухвалентному металлу, полупроводнику с собственной проводимостью, примесному полупроводнику и-типа и примесному полупроводнику р-типа. Соотношение энергетических зон (рис. А.62) определяет также тип проводимости твердого тела. [c.142]

В реальных полупроводниках очень часто собственная проводимость соизмерима с примесной. Имеются полупроводники, в которых одновременно содержатся акцепторные и донорные примеси. Такой общий случай и рассмотрен ниже. Задача состоит в нахождении энергии Ферми (химического потенциала электронов), а также концентрации электронов проводимости и дырок для полупроводника при заданных условиях. [c.195]

Наиболее наглядно проявляется триада в производстве полупроводниковых материалов. Вот пример. Основная трудность при очистке германия — удаление мышьяка, а при очистке кремния — удаление бора. Парадоксально на первый взгляд выглядит тот факт, чго затрачивается уйма средств и сил для удаления этих элементов вплоть до возникновения у полупроводников собственной проводимости. А затем эти же самые примесные элементы вносят в полупроводники на последующих стадиях производства мышьяк в качестве донора, а бор — в качестве акцептора электронов. Но ведь дело в том, что примеси вносят в очень малых и точных дозах, варьирующих в пределах 10 —10 %. К тому же примеси должны быть внесены таким образом, чтобы они распределились в очень тонких слоях полупроводника и в ограниченных, строго оконтуренных участках. [c.35]

Шокли в качестве иллюстрации предложил рассматривать двухэтажный гараж. Пусть нижний этаж целиком заполнен автомобилями, а верхний совершенно свободен. В этом случае автомобили не обладают подвижностью в обоих этажах. Пусть один автомобиль перейдет из нижнего в верхний этаж. Возникнет возможность перемещения автомобиля на обоих этажах. При этом движение автомобилей на нижнем этаже рационально описывать как движение дырки (места, где нет автомобиля), хотя двигаются, конечно, автомобили. Движение дырки будет фиксироваться в эффекте Холла как движение положительного заряда. Действительно, устойчивых положительных частиц с массой электрона не существует. Таким образом, у полупроводников с собственной проводимостью имеется как обычная (электронная), так и дырочная проводимость. Вышеизложенное объясняет возрастание проводимости полупроводников с повышением температуры. С ростом температуры увеличивается число электронов, перешедших в верхнюю зону, что и приводит к увеличению электропроводности. [c.517]

Уровень легирования велик (содержание примесей может доходить до Ю см ). Возникшая в таком кристалле большая плотность свободных носителей заряда вызывает уже необходимость пользоваться статистикой Ферми—Дирака. А так как газ частиц, подчиняющихся этой статистике, называется вырожденным, то часто термин сильно легированный полупроводник отождествляют с названием вырожденный полупроводник . Однако это не совсем правильно, ибо, например, кристалл может содержать такое количество примесей, что при комнат ной температуре электронный газ вырожден, а при высокой температуре вырождение снимается вследствие появления собственной проводимости в полупроводнике. [c.245]

Расчет концентрации свободных носителей в полупроводнике является важнейшей составной частью статистики электронов. От концентрации носителей зависят важнейшие свойства полупроводников. Собственная проводимость объясняется перебросом части электронов из заполненной зоны в зону проводимости с затратой энергии, равной ширине запрещенной зоны. При этом число электронов в зоне проводимости точно равно числу дырок в валентной зоне. Обозначим энергию электрона на дне зоны проводимости Е , а на верхней границе валентной зоны — 1. Чтобы рассчитать концентрацию электронов в зоне проводимости и число дырок в заполненной зоне, предварительно определяют число электронных состояний между и + с1Е. Для этого в пространстве импульсов выделяется поверхность, отвечающая всем состояниям с заданной энергией Е. Это будет поверхность шара с радиусом р (рис. 9), который определяется отношением (1.7), откуда [c.26]

Полупроводник с собственной проводимостью (рис. А.62, г). Разность энергии (Еа) между заполненной валентной зоной G и зоной проводимости L настолько мала, что становится сопоставимой с уровнями тепловой энергии. Отсюда [c.142]

Если кристалл полупроводника не содержит каких-либо примесей, то количество образовавшихся дырок равно количеству освободившихся электронов. Проводимость, возникшая в этих условиях, называется собственной проводимостью полупроводника. [c.95]

В области собственной проводимости, как показывают опыт и расчет [14, 15], эффект достигает весьма больших значений. В настоящее время он имеет большое значение при исследовании и применении полупроводников. В частности, на основе эффекта Нернста—Эттингсгаузена может быть создан генератор для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, оЧень напоминающий по принципу действия магнитогидродинамические генераторы. [c.333]

Следует различать полупроводники, обладающие собственной проводимостью, и так называемые примесные. [c.516]

На диаграмме и соответственно означают энергию электрона на дне зоны проводимости и потолке валентной зоны. Пунктирная линия Еу—уровень Ферми,, который характеризует относительные концентрации дырок и электронов. В полупроводниках собственной проводимости уровень Ферми , проходит по середине запрещенной зоны. Положение уровня Ферми Ф относительно определяется уравнением [c.9]

Первое слагаемое выражает собственную проводимость, а второе —примесную проводимость полупроводника. При низкой температуре преобладает второй член, так как АЕ <АЕ. С повыщением температуры начинает больще Проявляться собственная проводимость, а примесная теряет значение. Чем больще АЕ, тем выше должна быть температура, при которой в примесном полупроводнике станет преобладать собственная проводимость. Так, в примесном кремнии собственная проводимость проявляется при более высокой температуре, чем в примесном германии, потому что Д з1= 1,12 эВ, а = 0,72 эВ при комнатной температуре. Поэтому рабочая температура германиевых приборов не превыщает 60— 80° С, а кремниевые приборы могут работать до 200° С. Надо иметь в виду, что возникновение собственной проводимости, достигающей известной доли примесной, в примесном полупроводнике нарушает режим работы приборов. [c.304]

Все без исключения аллотропные модификации структуры А4, отвечающей стабильным формам, являются полупроводниками, их удельная электропроводность с повышением температуры возрастает. С позиций теории валентных связей этому явлению можно дать следующее объяснение. Считается, что как кремний, так и германий образуют ковалентные связи в 5р -гибридизованном состоянии, причем энергия связи 81—81 и Ое—Ое составляет соответственно 221,5 и 167,2 кДж-моль , т. е. они весьма невелики в сравнении с энергией связи С—С в решетке алмаза (346,9 кДж-моль- ). Следовательно, при повышении температуры связи могут легко рваться, и появившиеся свободные электроны перемещаются внутри кристалла, обеспечивая электрическую проводимость. Полупроводники с таким механизмом проводимости называются собственными полупроводниками, а проводимость такого типа — собственной проводимостью. В случае если в кристалле в виде примесей содержатся атомы мышьяка Аз, сурьмы 8Ь или других элементов подгруппы УБ, замещающих 81 и Ое в узлах кристаллической решетки, возникают избыточные электроны, которые, перемещаясь внутри кристалла, вызывают электрическую проводимость электронная примесная проводимость полупроводники п-типа). В случае если примесями являются трехвалентные атомы элементов подгруппы П1Б—В, Оа и др., то в решетке [c.103]

В кристаллической решетке полупроводников с собственной проводимостью число электронов равно числу дырок (п = р). Типичными полупроводниками среди простых веществ являются кремний, германий, селен, теллур. Некоторые другие простые вещества в кристаллическом состоянии также проявляют полупровод- [c.186]

Помимо полупроводников описанного типа, которые обладают собственной проводимостью, имеются также так называемые примесные полупроводники. Роль примеси состоит в том, что она создает уровни внутри запрещенной зоны, благодаря чему оказываются возможными электронные переходы с энергией меньшей, чем ширина зоны. Примесь может быть [c.179]

Иногда при условии активации практически всех донорных или акцепторных центров, когда собственная проводимость еще почти не имеет значения, иа кривой а — /(Т) может появиться область понижения проводимости за счет преобладающего влияния падающей подвижности носителей заряда. При дальнейшем повышении Т и усилении генерации подвижных носителей заряда собственно полупроводника опять повышается проводимость. [c.245]

Рис. IV. 11. Энергетические зоны для полупроводников с собственной проводимостью (а), полупроводников п-типа ((Г) и р-типа (в) 0—электроны, ф — дырки.

Введем несколько определений. Проводимость химически чистых полупроводников называется собственной проводимостью, а сами полупроводники — собственными полупроводниками. Как мы видели, для них п = р = п,-. Проводимость полупроводников, содержащих примесь, называется несобственной. Если в полупроводнике концентрация свободных электронов, создаваемая донорными примесями, преобладает над концентрацией дырок, т. е. п > р, то его называют электронным полупроводником, или полупроводником я-типа если р п (преимущество акцептора), то полупроводник будет р-типа. В полупроводнике л-типа свободные электроны называются основными носителями тока, а дырки — неосновными носителями в полупроводнике р-типа — наоборот. [c.245]

Полупроводники мы определили как тела, проводимость которых равна нулю при О К и заметно возрастает при повышении температуры. В 4 речь шла о полупроводниках с так называемой собственной проводимостью, для которых характерно следующее при О К валентные зоны целиком заполнены, а зоны проводимости совершенно пустые, но [c.193]

Донорный полупроводник (Л д = О, МафО). Ограничимся вначале областью температур, при которых имеет место лишь ионизация примесных центров, а собственная проводимость отсутствует, т. е. р = 0. [c.246]

Общая собственная проводимость полупроводника [c.429]

Рис. 73. Зонная схема собственной проводимости полупроводников

Полупроводник с собственной проводимостью. Валентная зона может вместить N электронов, зона проводимости — М. Когда М Л, может существовать л = 0, 1, 2,. .., N возбужденных электронов. Каждый из ни.х может рекомбинировать, когда он встретит одну из п дырок следовательно, г (л) = Каждый из iV —л оставшихся в валентной зоне электронов может совершить переход в одно из М — п вакантных мест следовательно, gf (л) (jV — л) (/И — л). Границы при л = 0 и п = Л являются естественными. Основное кинетическое уравнение имеет вид [c.161]

При высокой температуре, когда катализ протекает в области собственной проводимости полупроводника, а уровень Ферми лежит посередине запрещенной зоны, наоборот, примеси слабо влияют на скорость каталитических реакций, так как при этом число электронов, вносимых основным катализатором, намного превышает число электронов, вносимых примесью. [c.473]

Собственная проводимость полупроводников. Как следует из рис. 198, все атомы объединены а-связями из гибридизированных орбита-лей, поэтому идеальный кристалл полупроводника не проводит лек-трический ток и является изолятором. Идеальным кристалл может быть только при О К, так как в этих условиях исключено тепловое движение, создающее нарушения в кристаллической структуре. При [c.443]

Однако Боненкамп и Энгел под потенциалом германиевого электрода п- и р-типа понимают потенциал поверхности полупроводника по отношению к его объему,, а не обычный электрохимический потенциал. Поэтому, в действительности, нулевая точка германия п-типа должна находиться в более отрицательной, а р-типа — в более положительной области по отношению к полупроводнику собственной проводимости. [c.15]

К = 2,6 мкм), 3,45 (/. = 2-10 мкм) отражат. способность 0,3 ( > 1,5 мкм). К -полупроводник ширина запрещенной зоны 1,21 эВ при т-ре ок. О К и 1,09 эВ при 300 К концентрация носителей тока в К. с собственной проводимостью 1,5- 10 м (300 К) температурная зависимость подвижности электронов и дырок [м/(В с)] определяется соотв. выражениями (л = 4,0- (300 400 К) и [c.508]

При невысоких температурах доля электронов, переп1едших в возбужденные состояния, невелика. Поэтому у полупроводников с собственной проводимостью валентная зона почти заполнена (свободные состояния имеются лишь у верхнего края зоны), а зона проводимости почти свободна (заняты состояния у дна 301И11). Соответственно почти пустая зона проводимости у полупроводника /г-типа и почти заполненная валентная зона у полупроводника / -типа. Как мы уже отмечали, поведение электронов почти пустой зоны аналогично поведению свободных электронов с массой т [формула (УП1. 47) для кинетической энергии и формула (УИ1.45) для энер[ етической плотности состояний]. Состояние электронов почти заполненной валентной зоны может быть. описано путем рассмотрения движения свободных квазичастиц — дырок [формулы (УП1.48) и (УП1.49)]. Соответственно говорят об электронной проводимости, обусловленной электронами зоны проводимости, и дырочной проводимости, обусловленной движением электронов ( дырок ) валентной зоны. В случае полупроводников с собственной проводимостью осуществляются оба механизма проводимости — электронный и дырочный. В случае полупроводников п-типа имеет мес- [c.194]

К. Такие эффекты обычно связывают с рассеянием свободных носителей заряда при температурах, отвечающих переходу от примесной проводимости к собственной. Однако переход в алмазе от проводимости через мелкие уровни к проводимости через глубокие, когда энергия активации увеличивается на 2—3 порядка, формально повторяет модель перехода от примесной к собственной проводимости в полупроводнике. Рассеяние свободных носителей заряда, обеспечивающее сильную зависимость их подвижности от температуры, происходит в данном случае, по-видимому, на ионизированных примесях и других дефектах, концентрация которых в изучавшихся образцах значительна. [c.458]

Собственная проводимость полупроьодников. Как следует из рис. 198, все атомы объединены ст-связями из гибридизированных орбиталей, поэтому идеальный кристалл полупроводника не проводит электрический ток и является изолятором. Идеальным кристалл может быть только при О К, так как в этих условиях [c.428]

Акцепторный полупроводник N =0, Ыаф 0). Решение задачи для полупроводника, легированного акцепторной примесью, полностью аналогично случаю донорного полупроводника. Условие электронейтральности (при условии, что собственная проводимость отсутствует, т. е. п = 0) теперь будет иметь вид р = Л/а/оа или, если учесть (423а) и (429а), [c.247]

В полупроводниках концентрация носителей юка колеблется в пределах 10 —10 (редко до 10 ) в 1 см а подвижность — от нескольких единиц до десятков тысяч см 1 в-сек). Подвижность электронов в вешсстае может заметно отличаться От гюдвижности дырок, поэтому обычно даже собственные полупроводники обладают проводимостью п- или р-типа. [c.299]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология