Лекция №1 Основные понятия полупроводниковой электроники.
Физические принципы работы полупроводниковых приборов основаны на явлениях электропроводности в твердых телах.
По способности проводить электрический ток встречающиеся в природе вещества делятся на три класса: проводники, диэлектрики и полупроводники. Границы между ними весьма условны. К полупроводниковым, обычно относят вещества, удельная электрическая проводимость которых при комнатной температуре составляет 10-10 – 103 ом-1.см-1. Характерными свойствами полупроводников являются резко выраженная зависимость удельной электрической проводимости от температуры, от количества и природы введенных примесей, а также изменение удельной электрической проводимости под влиянием электрического поля, света, ионизирующего излучения и других внешних воздействий.
Рассмотрим явления электропроводности в кристаллических твердых телах (кристаллах). Твердое тело состоит из атомов, связанных между собой силами притяжения. Атомы образуют кристаллическую решетку, которая обладает свойством пространственной периодичности. Атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра и расположенных вокруг него электронов. Электронная теория проводимости полагает, что в металлах (проводниках) валентные электроны легко отделяются от атомов. Атомы при этом превращаются в положительные ионы. Отделившиеся от атомов электроны хаотически движутся внутри металла между ионами и представляют собой, так называемый электронный газ. Хаотическое движение электронов при отсутствии внешнего электрического поля не создает электрического тока.
Возникающий в твердом теле под действием внешнего электрического поля электрический ток представляет собой направленное движение частиц – носителей заряда.
Электропроводность полупроводников.
В настоящее время самыми изученными и распространенными полупроводниковыми материалами являются германий Ge, кремний Si и арсенид галлия GaAs. (рис. 25 а,б р/э). Атомы этих кристаллических веществ располагаются в пространстве в строго определенном порядке, образуя кристаллическую решетку, аналогичную кристаллической решетке алмаза. В такой решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими атомами той же
химической природы, которые расположены в вершинах тетраэдра на одинаковых расстояниях от рассматриваемого атома, и связан с ними силами ковалентных связей. При ковалентной связи каждая пара валентных электронов принадлежит в равной мере двум соседним атомам и образует связывающую атомы силу. С четырьмя соседними атомами рассматриваемый атом связывают восемь электронов – четыре собственных электрона и по одному электрону от каждого соседнего атома. Наибольшее применение в полупроводниковой электронике получили элементы 4 группы периодической системы элементов Менделеева – германий Ge, кремний Si. Так как у элементов 4 группы имеются четыре валентных электрона, то в идеальных кристаллах все ковалентные связи заполнены, все электроны связаны с атомами, и каждый атом имеет как бы полностью достроенную оболочку, содержащую восемь электронов.