Az absztrakt - stadopedia
"A félvezetőkben a szennyezettség vezetőképessége"
A félvezetők szennyezettségi vezetőképessége.
A szennyezők által okozott félvezetők vezetőképességét szennyezési vezetőképességnek nevezik, és a félvezetőket maguknak szennyező félvezetőknek nevezik. Szennyeződés vezetőképesség miatt szennyeződések (atomok idegen elemek), és a fölös atomok hiba típusa (összehasonlítva a sztöchiometrikus összetétellel), a hő-VYM (üres csomópontok vagy intersticiális atomok) és a mechanikai (repedés, ficamok, és így tovább. D.) A hiba . A félvezetőben lévő szennyeződés jelentősen megváltoztatja vezetőképességét. Például ha kb. 0,001% -os bór jelenik meg szilikonnal, akkor a vezetőképessége körülbelül 10-szeresére nő.
Figyelembe kell venni a félvezetők szennyezésvezető képességét a Ge és Si példáján, ahol az atomegységek alapegységeinek valenciájától eltérő valenciájú atomokat vezetnek be. Például, a szubsztitúció a germánium atom öt vegyértékű arzén atom (ábra. 319) egy elektron nem lehet kovalens kötés, akkor fejt etsya felesleges, és könnyen lehasítható a termikus rezgések a rács atomok, m. E. lesz szabad. A szabad elektron képződését nem kíséri a kovalens kötés megsértése; ezért nem keletkezik lyuk. A szennyező atom közelében keletkező felesleges pozitív töltés a szennyező atomhoz kapcsolódik, ezért nem tud mozogni a rácson.
A sávelmélet szempontjából a vizsgált folyamat a következőképpen ábrázolható (319, b ábra). A szennyeződés bevezetése torzítja a rácsos mezőt, ami az arzén valence-elektronok energiateljesítményének D tiltott sávjához való megjelenését eredményezi. Az arzén keverékkel rendelkező germánium esetén ez a szint a vezetési sáv aljától DED = 0,013 eV távolságon belül helyezkedik el. A DED óta Tehát olyan félvezetők esetében, amelyek olyan adalékszerrel rendelkeznek, amelynek valenciája nagyobb, mint az alapatomok valenciája, a jelenlegi hordozók elektronok; van egy elektronikus szennyezésvezetés (n-típusú vezetőképesség). Az ilyen vezetőképességű félvezetőket az elektron (vagy az n típusú félvezetők) nevezik. Az elektronok forrásául szolgáló szennyeződéseket donoroknak nevezik. és ezeknek a szennyeződéseknek az energiaszintje a donor szintje. Tegyük fel, hogy a szilíciumrácsba egy három vegyérték elektront, például bórt tartalmazó szennyező atom jön létre (320. ábra a). Hogy kötést képezzen, míg a közeli Chimie négy szomszéd a bóratom hiányzik egy elektron, egyet a linkek továbbra sem rendelkezik kellő és negyedik elektron lehet leírni a szomszédos atom a bázikus hatóanyag, ahol egy lyuk van kialakítva, ill. Az előállított lyukak elektronokkal való szekvenciális töltése megegyezik a félvezetőben lévő lyukak mozgásával, vagyis a lyukak nem maradnak lokalizálva, hanem a szilícium-rácsban szabad pozitív töltetekként mozognak. A szennyező atom közelében keletkező túlzott negatív töltés a szennyező atomhoz kapcsolódik és nem mozoghat a rácson. Szerint sávban elmélete, beadása egy háromértékű szennyező anyag a szilícium rács vezet gerjesztési energia szintje a szennyező, nem foglalt, a második elektronok. Abban az esetben, a bór adalékolt szilícium réteg fölött helyezkedik el a tetején a vegyérték sáv széle a régióban DEA = 0,08 eV (ábra. 320, b). A közelsége ezeket a szinteket a vegyérték sáv eredményezi az a tény, hogy már viszonylag alacsony hőmérsékleteken, elektronok át a vegyérték sáv szennyező szinteken és a kötődés a bór atomokkal elveszíti azt a képességét, hogy mozoghat a szilícium rács, azaz. E. ne vegyenek részt a vezetési. Az áramhordozók csak olyan lyukak, amelyek a valence sávban jelennek meg. Így olyan félvezetőkben, amelyek szennyeződése kisebb, mint az alapatomoké, az áram hordozók lyukak; lyukvezető képesség (p-típusú agilitás) keletkezik. A vezetőképességgel rendelkező félvezetőket p-típusú félvezetőknek nevezik. Azok a szennyeződések, amelyek az elektront a félvezető valence sávjából elfogják, akceptoroknak nevezik. és ezeknek a szennyeződéseknek az energiaszintje az akceptor szintje. Ezzel szemben, belső vezetési végezzük egyidejűleg elektronok és lyukak, a szennyező vezetőképessége félvezetők okozott bázisok-hordozói ugyanaz a jel eddig: elektron - abban az esetben egy donor szennyező, lyukak - abban az esetben, az akceptor. Ezeket a hordozókat alapvetőnek nevezik. A főhordozókon kívül a félvezetőben vannak kisebbségi hordozók is: az n típusú félvezetők lyukak, a p-típusú félvezetők pedig elektronok. A félvezetõk szennyezettségi szintje lényegében megváltoztatja az EF Fermi szintjének pozícióját. A számítások azt mutatják, hogy abban az esetben n-típusú félvezető, a Fermi szintet 0 K EF0 található félúton az alján a vezetési sáv és a donor szintet (ábra. 321), a hőmérséklet növekszik, egyre több elektronok át a donor államok a vezetési sávban, de emellett , és növeli a termikus ingadozása, gerjesztésére képes elektronok a vegyérték sáv, és átadják egy tiltott energia zónában. Ezért, magas hőmérsékleten, a Fermi szintet hajlamos lefelé mozogni (folytonos vonal), hogy a korlátozó helyzetében a közepén a tiltott sávban jellemző belső félvezető. A P-típusú félvezetők Fermi-szintje 0 K EF0-nál a fénysáv és az akceptor szintje felénél (322 ábra) félúton helyezkedik el. A szilárd görbe megmutatja a hőmérséklet eltolódását. Azokon a hőmérsékleteken, amelyek szennyező atomok teljesen kimerült, és növeli a hordozó koncentrációja miatt gerjesztési intrinsic hordozók, a Fermi szint található a közepén a sávú, mint a belső félvezető. A szennyező félvezető vezetőképességét, mint bármelyik vezető vezetőképességét, a vivő koncentrációja és mobilitása határozza meg. A hőmérséklet-változás megváltoztatja a hordozó mobilitás a viszonylag gyenge teljesítmény jog, és a hordozó koncentrációja - a nagyon nagy exponenciálisan, így th vezetőképessége szennyező félvezetők hőmérséklet döntően Mr. hőmérsékletfüggését a hordozó sűrűsége az ott. Az 1. ábrán. A 323 megközelíti az ln g függését 1 / T-ra a szennyező félvezetők esetében. Az AB szakasz leírja a félvezető szennyezővezető képességét. A félvezető szennyezőanyag vezetőképességének növekedése a hőmérséklet növekedésével elsősorban a szennyezőanyag-hordozók koncentrációjának növekedésével magyarázható. Szegmens BC megfelel a kimerülése szennyeződések (ezt megerősíti kísérletek), CD szakasz ismerteti a belső vezetőképesség a félvezető.
A fő áramvezetők koncentrációja a szennyező félvezetőkben közel azonos a bennük lévő szennyező atomok koncentrációjával.
Tekintsük a félvezető vezetőképességi szennyeződésének hatását Németország példájára, arzén keverékkel.
Szobahőmérsékleten a szabad elektronok koncentrációja tiszta Németországban megközelítőleg 1013 1 / cm3. Németországban az atomok koncentrációja 1022 1 / cm3.
Ha a rács adjunk per millió Németország atomok atomonként arzén, amely csak 10,4% számának germánium atomok a vezetési sávban lehet 1016 szabad elektronok per köbcentiméter rácsok, azaz 1000-szer nagyobb, mint a magán a germánium vezetőképessége. És ez vezet 1000-szeres vezetési képesség növekedéséhez.
Hasonló analóg érvek adhatók a p-típusú félvezetők számára is.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a fémek vezetőképessége jóval nagyobb, mint a félvezetők vezetőképessége, mind a belső, mind a szennyeződések vezetőképességével szemben. Ez azzal magyarázható, hogy a fémekben lévő szabad elektronok koncentrációja megegyezik vagy többszörösen nagyobb, mint az atomok koncentrációja, vagyis körülbelül 1022 1 / cm3, ami jóval nagyobb, mint a félvezetők fő hordozóinak koncentrációja.
A szennyező félvezetők áramsűrűségét a következő képletek határozzák meg:
1) n-típusú félvezetőkben
2) p-típusú félvezetőkben
ahol e0 az elemi töltés,
n a fő hordozók koncentrációja
u az elektronok irányított mozgásának átlagsebessége
u + a lyukak irányított mozgásának átlagsebessége
A fémek ellenállása alacsony, # 961; met = 10 -8-10-6 Ohm · m. Tipikus dielektrikumokban az elektron koncentráció elhanyagolható, és az ellenállás # 961; diel = 10 8-10 12 ohm · m.
A félvezetők ellenállása a hőmérsékleten vagy a megvilágításon belül változhat # 961; pp = 10 - 2 - 10 6 Ω · m.
Irodalom: Műszaki és oktatási-módszeres dokumentáció