Условие электронейтральности в полупроводниках

Выпишем отдельно условия электронейтральности в полупроводниках. В собственном, (беспримесном) полупроводнике подвижные носители образуются парами. Поэтому концентрация положительных зарядов – дырок равна концентрации отрицательно заряженных электронов. Это условие математически записывается в виде

,

где индекс iозначает собственный полупроводник (от англ.intrinsic– собственный).

В полупроводнике, легированном атомами 5-ти валентной примеси, при термогенерации носителей количество электронов превосходит количество дырок. В таком полупроводнике электроны будут являться основными носителями, а дырки – неосновными. Полупроводник называется донорным или полупроводником n- типа. И условие электронейтральности в нем записывается в виде

.

В этом соотношении - концентрация электронов,- концентрация ионизованных (отдавших электроны в зону проводимости) атомов донорной примеси, и- концентрация неосновных носителей. Индексnу концентрации подвижных носителей заряда (электронов и дырок) означает тип проводимости полупроводника – донорного или электронного.

В полупроводнике, легированном атомами 3-х валентной примеси, при термогенерации носителей количество дырок превосходит количество электронов. В таком полупроводнике электроны будут являться неосновными носителями, а дырки – основными. Полупроводник называется акцепторным или полупроводником p- типа. И условие электронейтральности в нем записывается в виде

В этом соотношении - концентрация электронов - неосновных носителей, - концентрация ионизованных (захвативших электроны из валентной зоны) атомов акцепторной примеси, и - концентрация основных носителей. Индексpу концентрации подвижных носителей заряда (электронов и дырок) означает тип проводимости полупроводника –акцепторного или дырочного.

Основные параметры полупроводников (Gе, Si, СаАs)

Параметры полупроводниковых материалов, получивших наибольшее применение для изготовления полупроводниковых приборов, приведены в табл. 1 (для Т=300 К). Эти параметры в значительной степени определяют свойства приборов. Удельное сопротивление германия = (0,6-0,65) Ом-м, а кремния = (28 - 30) 10² Ом-м.

Ширина запрещенной зоны Eg определяет диапазон температур работы прибора. С увеличением Еg диапазон рабочих температур сдвигается в сторону более высоких. Германий имеет Еg =0,67 эВ и диапазон рабочих температур германиевых приборов от -80 до +100°С. Кремний имеет Еg =1,12 эВ и диапазон температур кремниевых приборов от -60 до +200°С.

Таблица 1.

Параметр	Германий	Кремний	Арсенид галлия
Атомный номер	32	14	-
Атомная масса	72,59	28,087	144,63
Плотность атомов N в 1см3	4,42-1 022	4,99-1 022	2,2 1-Ю22
Удельное сопротивление , Ом м	0,60-0,65	(28-30)-102	750 -104
Ширина запрещенной зоны Еg, эВ	0,67	1,12	1,43

Приведенные параметры показывают, что приборы из кремния должны иметь более широкий температурный диапазон и более высокие предельные рабочие температуры, чем германиевые приборы. Из кремния выполняют, например, выпрямительные диоды. Он используется для изготовления приборов с токами в сотни и тысячи ампер. Приборы из германия имеют значительно большие обратные токи, и поэтому они более подвержены саморазогреву и пробою.

Кремний чаще всего легируется фосфором, алюминием и бором. В этом случае удельное сопротивление исходного материала Ом м. В германий в качестве легирующих примесей вводят сурьму, галлий, индий и мышьяк, тогдаОм м.

Исследования показывают, что в реально существующих, даже «идеально чистых» кристаллах локальные уровни все равно получаются из-за наличия границ (поверхностей) кристаллов и других несовершенств кристаллической решетки. Получить Gе или Si без локальных уровней в запрещенной зоне невозможно.

вторник, 8 октября 2002 г.

Шуренков В.В.