Полупроводниковые материалы

• Определение и классификация

• Основные параметры полупроводников

• Собственные и примесные полупроводники, типы носителей заряда

• Зависимость подвижности носителей заряда от температуры

• Зависимость концентрации носителей заряда от температуры

• Зависимость удельной проводимости от температуры

• Время жизни носителей и диффузионная длина

• Основные эффекты в полупроводниках и их применение

• Простые полупроводники

• Бинарные соединения

Магнитные материалы

• Магнитные свойства вещества

• Основная кривая намагничивания

• Классификация веществ по магнитным свойствам

• Природа ферромагнетизма

• Доменная структура

• Намагничивание магнитных материалов. Кривая намагничивания

• Магнитный гистерезис

• Структура ферромагнетиков

• Магнитострикционная деформация

• Магнитная проницаемость

• Зависимость магнитной проницаемости от температуры

• Потери в магнитных материалах

• Электрические свойства магнитных материалов

• Классификация магнитных материалов

• Магнитотвердые материалы. Основные параметры

• Магнитомягкие материалы

• Магнитотвердые материалы

• Процессы перемагничивания и методы записи информации на магнитных пленках

• Материалы для кабелей и проводов

Проводниковые материалы

• Природа проводимости и основные характеристики проводников

• Теплопроводность металла

• Термоэлектродвижущая сила

• Зависимость удельного эл. сопротивления металлов от температуры

• Электрические характеристики сплавов

• Классификация проводниковых материалов

• Материалы высокой проводимости

• Сплавы высокого сопротивления для резисторов измерительных приборов

• Контактные материалы

• Сверхпроводники

• Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП)

• Перспективы применения сверхпроводников

• Криопроводники

Диэлектрики

• Поляризация диэлектриков. Определения, классификация.

Определения и классификация

С точки зрения зонной теории твердого тела, к полупроводниковым относятся материалы, у которых валентная зона и зона проводимости не перекрываются, а энергетический зазор между ними относительно невелик. По величине электропроводности полупроводниковые материалы занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Главная же особенность полупроводниковых материалов заключается в том, что их электропроводность обладает большой чувствительностью к внешним воздействиям: изменению температуры, напряженности электрического поля, давлению, содержанию примесей и пр.

Классификацию полупроводниковых материалов проводят по различным признакам. Наиболее широко применяется классификация, в основу которой положен химический состав материала. В соответствии с этим различают органические и неорганические полупроводники. В свою очередь неорганические полупроводниковые материалы делятся на простые и сложные. Простыми называют полупроводники, состоящие, в основном, из атомов одного химического элемента, например: бор В, кремний Si, фосфор Р, сера α—S, германий Gе, мышьяк Аs, серое олово α—Sn, сурьма β—Sb, селен Sе, теллур Те. Сложными называют полупроводники, состоящие из атомов двух или большего числа химических элементов, например: соединения типа A^IV—В^IV (сульфид свинца РbS, теллурид свинца РbТе); A^II—В^IV (сульфид кадмия СоdS; селенид кадмия СdSe; окись цинка ZnO; сульфид цинка ZnS); A^III—В^V (антимонид алюминия АlSb; антимонид галлия GаР; арсенид галлия ПаAs; фосфид галлия GаР; антимонид индия InSb; арсенид индия InAs; фосфид индия InР).

Кроме неорганических веществ полупроводниковыми свойствами обладают также и некоторые органические вещества, такие как бензол, нафталин и т. д.

В зависимости от агрегатного состояния вещества разли­чают кристаллические, аморфные и жидкие полупроводники.

Иногда в качестве отдельных классов рассматривают очень узкозонные полупроводники, оксидные полупроводни­ки, магнитные полупроводники и т.д., учитывая специфичность физических процессов, в них протекающих.

 

Основные параметры полупроводников

К важнейшим параметрам, которые характеризуют основные электрофизические свойства полупроводниковых веществ, относятся:

—удельное электрическое сопротивление (проводимость) материала;

— температурный коэффициент удельного сопротивления (проводимости) вещества;

— ширина запрещенной зоны и энергии активации примесей;

— концентрация, время жизни носителей заряда;

— коэффициенты диффузии электронов и дырок, диффузионная длина;

— подвижность основных носителей заряда в полупроводнике.

В ряде случаев специального применения к этим параметрам добавляются и другие, например, коэффициент термо-электродвижущей силы (при использовании термоэлектрических эффектов в полупроводниках), коэффициент Холла и т. д.

Собственные и примесные полупроводники, типы носителей заряда

У собственных полупроводников число появившихся при разрыве связей электронов и дырок одинаково, т.е. проводимость собственных полупроводников в равной степени обеспечивается свободными электронами и дырками. Проводимость примесных полупроводников Если внедрить в полупроводник примесь с валентностью большей, чем у собственного полупроводника, то образуется донорный полупроводник.(Например, при внедрении в кристалл кремния пятивалентного мышьяка. Один из пяти валентных электронов мышьяка остается свободным). В донорном полупроводнике электроны являются основными, а дырки неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называют полупроводниками n- типа, а проводимость электронной. Если внедрять в полупроводник примесь с валентностью меньшей, чем у собственного полупроводника, то образуется акцепторный полупроводник. (Например, при внедрении в кристалл кремния трехвалентного индия. У каждого атома индия не хватает одного электрона для образования парноэлектронной связи с одним из соседних атомов кремния. Каждая из таких незаполненных связей является дыркой). В акцепторных полупроводниках дырки являются основными, а электроны неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называются полупроводниками p- типа, а проводимость дырочной.