Пошук по сайту


Лекція №1 Тема лекції: Матеріали, конфігурація електронів, електричні властивості. Матеріали типу р І N: вплив домішок на провідність, основні та неосновні носії

Лекція №1 Тема лекції: Матеріали, конфігурація електронів, електричні властивості. Матеріали типу р І N: вплив домішок на провідність, основні та неосновні носії

Лекція №1

Тема лекції: Матеріали, конфігурація електронів, електричні властивості. Матеріали типу Р і N: вплив домішок на провідність, основні та неосновні носії

План лекції

1. Напівпровідникові матеріали.

2. Зонна енергетична діаграма.

3. Матеріали типу Р і N.

4. Дрейфовий і дифузійний струми.

Література

  1. Герасимов Электротехника и электроника. Книга 3. Электрические измерения и основы электроники. 1998. ст. 63-65.

  2. Гершунский Б.С. Основы электроники (1977). ст. 14-26.

  3. И.П.Жеребцов „Основи электроники” – 1985. ст. 19-31.

  4. Ю.П.Колонтаєвський, А.Г.Сосков „Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум”. 2003. ст. 14-17.

Зміст лекції

1. Напівпровідникові матеріали.

Напівпровідники (НП) належать до класу речовин, що мають твер­ду кристалічну структуру і за провідністю (104 - 1010 Сим/см) займа­ють проміжне місце між провідниками (104 - 106 Сим/см) та діелект­риками (1010 Сим/см та менше). (Сим – сименс = 1/Ом).

При виготовленні НП приладів частіше використовують кремній (Sі - має робочу температуру до 140 °С), германій (Gе - найбільша робо­ча температура 75 °С), арсенід галію (GаАs - працює при температу­рах до 350-400 °С).

До НП також відносять селен, телур, деякі окисли, карбіди та сульфіди.

НП мають такі властивості:

1) негативний температурний коефіцієнт опору - із збільшенням тем­ператури їх опір зменшується (у провідників-зростає);

2) додання домішок призводить до зниження питомого опору (у про­відників - до збільшення);

3) на електричну провідність впливають радіація, електромагнітне випромінювання.

Процеси електропровідності НП і діелектриків подібні, але суттєво відрізняються від електропровідності провідників.

2. Зонна енергетична діаграма.

В провідників велика кількість вільних електронів, В діелектриків валентні електрони утримуються ковалентними зв'язками, В напівпровідників структура як у діелектриків, але ковалентні зв'язки значно слабші. Достатньо порівняно невеликої кількості енергії, одержуваної із зовнішнього середовища (температура, освітленість, сильне електричне поле) щоб електрони напівпровідника розірвали ковалентні зв'язки і стали вільними.

Діапазон енергій, в якому лежить енергія електрона, утримуваного ковалентним зв'язком, називається зоною валентності, або валентною зоною.

Діапазон енергій, в якому лежить енергія електрона, що розірвав ковалентний зв'язок і що став вільним, називається зоною провідності.

Графічне зображення цих енергетичних зон називається зонною енергетичною діаграмою.

Електрони, розташовані на зовнішній орбіті атома ре­човини, мають назву валентних. У провідників електрони, розташовані на зовнішній орбіті атома, слаб­ко зв'язані з ядром і тому досить легко покидають свої атоми й хао­тично переміщуються - стають вільними. Якщо до провідника при­класти зовнішнє електричне поле, виникне впорядкований рух елект­ронів — електричний струм.

У НП усі валентні електрони міцно зчеплені з кристалічними ґратками зав­дяки так званому ковалентному зв'язку. Доки цей зв'я­зок існує, електрони не можуть перено­сити електричний заряд. Для того, щоб електрон зміг розірвати ковалентний зв'язок і стати вільним, він повинен одержати енергію, більшу ширини забороненої зони.



3. Матеріали типу Р і N.

Власним напівпровідником, або ж напівпровідником i-типа називається ідеально хімічно чистий напівпровідник з однорідними кристалічними гратами.



Якщо електрон отримав енергію, більшу ширини забороненої зони, він розриває ковалентний зв'язок і стає вільним. На його місці утворюється вакансія, яка має позитивний заряд, рівний по величині заряду електрона і називається діркою. В напівпровіднику i-типа концентрація електронів ni рівна концентрації дірок pi. Тобто ni=pi.

Процес утворення пари зарядів електрон і дірка називається генерацією заряду. Вільний електрон може займати місце дірки, відновлюючи ковалентний зв'язок і при цьому випромінюючи надлишок енергії. Такий процес називається рекомбінацією зарядів. В процесі рекомбінації і генерації зарядів дірка як би рухається у зворотний бік від напряму руху електронів, тому дірку прийнято вважати рухомим позитивним носієм заряду. Дірки і вільні електрони, що утворюються в результаті генерації носіїв заряду, називаються власними носіями заряду, а провідність напівпровідника за рахунок власних носіїв заряду називається власною провідністю провідника.

Домішкова провідність провідників. Оскільки в напівпровідників i-типа провідність істотно залежить від зовнішніх умов, в напівпровідникових приладах застосовуються домішкові напівпровідники.

Якщо в напівпровідник ввести п'ятивалентну домішку, то 4 валентні електрони відновлюють ковалентні зв'язки з атомами напівпровідника, а п'ятий електрон залишається вільним. За рахунок цього концентрація вільних електронів перевищуватиме концентрацію дірок. Домішка, за рахунок якої ni>pi, називається донорною домішкою. Напівпровідник, в якого ni>pi, називається напівпровідником з електронним типом провідності, або напівпровідником n-типа. У напівпровіднику n-типа електрони називаються основними носіями заряду, а дірки – неосновними носіями заряду.

При введенні тривалентної домішки три її валентних електрона відновлюють ковалентний зв'язок з атомами напівпровідника, а четвертий ковалентний зв'язок виявляється не відновленим, тобто має місце дірка. В результаті цього концентрація дірок буде більше концентрації електронів.

Домішка, при якій pi>ni, називається акцепторною домішкою. Напівпровідник, в якого pi>ni, називається напівпровідником з дірчастим типом провідності, або напівпровідником p-типа. У напівпровіднику p-типа дірки називаються основними носіями заряду, а електрони – неосновними носіями заряду. Реальна кількість домішок в напівпровіднику складає приблизно 1015 1/см3.

4. Дрейфовий і дифузійний струми.

Дрейфовий струм в напівпровіднику – це струм, що виникає за рахунок прикладеного електричного поля. При цьому електрони рухаються назустріч лініям напруженості поля Е, а дірки – по напряму ліній напруженості поля. Дифузійний струм – це струм, що виникає через нерівномірну концентрацію носіїв заряду. n2>n1. n2-n1=Δn.


Відношення Δn/Δx – це градієнт нерівномірності концентрації домішок. Величина дифузійного струму визначатиметься градієнтом нерівномірності


поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Тема: Конструкційні матеріали та їх властивості
Матеріали, які використовують для виготовлення виробів інтер’єрного призначення (метал, скло, бетон, натуральне дерево, пластик,...

Реферат на тему: „ Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням”
Поява вільних електронів І дірок може бути пов'язана з іншими чинниками, зокрема, із поглинанням оптичного випромінювання. Носії...

Реферат на тему: „ Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням”
Поява вільних електронів І дірок може бути пов'язана з іншими чинниками, зокрема, із поглинанням оптичного випромінювання. Носії...

Лекція №8 Тема лекції: Позначення транзисторів. Характеристики І...
Тема лекції: Позначення транзисторів. Характеристики І властивості транзисторів. Тестування транзисторів

Тема : Хімічні властивості металів
Матеріали І обладнання: Метали: алюміній,цинк,олово,залізо,мідь. Розчини: хлоридна І сульфатна кислоти,натрій гідроксид,купрум сульфат,алюміній...

Лекція №6 Тема лекції: Основні характеристики І використання силіконових...
Ю. П. Колонтаєвський „Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія І практикум” – 2003. ст. 26, 50-59

Лекція №11 Тема лекції: Застосування транзисторів: класи підсилювачів
Ю. П. Колонтаєвський „Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія І практикум” – 2003. ст. 71-72

Методична розробка містить матеріали методичного І практичного характеру...
Дошкільний навчальний заклад (ясла-садок)№24 «Вогник» ім. В. О. Сухомлинського комбінованого типу

Лекція №28 Тема лекції
Універсальні комп'ютери діляться на три функціонально зв'язані апаратні частини: процесор, пам'ять І периферійні пристрої

Інформаційно-методичні матеріали до семінарського заняття
Педагогічна рада (інформаційно-методичні матеріали до семінарського заняття) /Укладачі: О. В. Козловська, Л. В. Уруська, В.І уруський....



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

l.lekciya.com.ua
Головна сторінка