Реферат на тему:
Провідність напівпровідників
Поняття ефективної маси електронів та дірок.
Елетрони та дірки, що знаходяться в дозволених енергетичних зонах можуть
переміщуватись в межах простору кристалу, прискорюючись або
сповільнюючись під впливом електричних полів. При цьому їх інерційні
властивості характеризуються еффективною масою, яка для вільного
електрона в кристалі відрізняється від маси вільного електрона у вакуумі
через вплив навколишнього середовища. Оскільки властивості кристалу є
анізотропними, то анізотропною є і ефективна маса, тобто в різних
кристалічних напямках залежність енергії від імпульсу може бути різною.
Діаграми, які пояснюють поняття еффективної маси вільного носія заряду в
кристалі (справа) та у вакуумі (сліва)
Дифузійний та дрейфовий струми в напівпровідниках.
Вільні електрони та дірки в кристалі знаходяться в хаотичному тепловому
русі. Якщо існує градієнт концентрації, то носії заряду переміщуються в
сторону меншої концентрації, створюючи дифузійний струм. При наявності
електричного поля носії заряду, беручи участь у тепловому русі,
зміщуються (дрейфують) внаслідок дії сил, що створені електричними
полями. Таким чином в напівпровідниковому кристалі існує два типи
струмів: дифузійні та дрейфові, каен з яких, в свою чергу, може бути як
електроним, так і дірковим.
,
де: q – заряд електрона, Dp, Dn – коефіцієнти дифузії дірок та
електронів,
mp, mn – рухливості дірок та електронів
Рухливість можна розглядати, як коефіцієнт пропорційності між дрейфовою
швидкістю носіїв заряду та напруженністю електричного поля, в якому вони
рухаються:
.
Діаграми, які пояснюють вплив зіткнень на середню швидкість (рухливість)
вільних носіїв заряду в кристалі
При кожному неупругому розсіянні відбувається втрата енергії електроном,
потім, в електричному полі, він знову прискорюється, і його енергія
зростає (правый рисунок зверху). На верхньому лівому рисунку схематично
показано траекторію руху електрона в кристалі при наявності електричного
поля. Електрон приймає участь в хаотичному тепловому русі та дрейфовому
русі, який зумовлений електричним полем. Можна розрахувати, до якої
швидкості електрон розженеться внаслідок впливу електричного поля між
двома зіткненнями.
Для рухливості розрахунки дають:
,
o
oe
gd·|u
??u?де m – ефективна маса частинки.
Струм електронів рівний:
,
Електронна провідність:
,
Отже загальна провідність:
.
Електропровідність напівпровідників.
Розсіювання носіїв заряду відбувається, в основному, на коливаннях
решітки (фононах) та заряджених атомах домішки. При збільшенні
температури разсіювання на решітці зростає і рухливість зменшується за
степінним законом з показником -3/2. Розсіяння на іонізованій домішці
при зростанні температури зменшується і рухливість зростає за степінним
законом з показником 3/2. Тому, при зростанні температури, на
електропровідність напівпровідників впливатимуть як зміна з температурою
концентрації носіїв заряду, так і зміна їх рухливості. Вплив рухливості
на електропровідність особливо заметний на ділянці спустошення домішки в
легованих матеріалах.
(крива 2) та залежність рухливості від температури в легованому
кристалі, в якому розсіяння може відбуватись як на домішках, так і на
решітці (крива 3). На правому графіку в логарифмічному масштабі показані
залежності електропровідності, концентрації носіїв заряду та рухливості.
Зміна з температурою провідності власних напівпровідників визначається,
в основному, зміною концентрації електронів та дірок, які зросте за
експоненційним законом з енергією активації, яка приблизно рівна
половині ширини забороненої зони.
Використана література:
Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая
школа, 1978.
Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной
электроники. -М.: Высшая школа, 1975.
Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.
Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Высшая
школа, 1988.
Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: высшая
школа, 1982.
Гершунский В.С. Основы электроники. – К.: Вища школа, головн. из-во,
1982.
Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.:Энергоатомиздат, 1985.
Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. – М.: Высшая школа,
1986.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
