2) Термоэлектрические явления (Зеебека, Пельтье, Томсона).

Э ффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой. Величина возникающей термоэдс в первом приближении зависит только от материала проводников и температур горячего (T₁) и холодного (T₂) контактов. В небольшом интервале температур термоэдс E можно считать пропорциональной разности температур: E = α₁₂(T₂ –T₁) , где α₁₂ — термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термоэдс). В простейшем случае коэффициент термоэдс определяется только материалами проводников, однако, строго говоря, он зависит и от температуры, и в некоторых случаях с изменением температуры α₁₂ меняет знак. Более корректное выражение для термоэдс: Величина термоэдс составляет милливольты при разности температур в 100 К и температуре холодного спая в 0 °С. Эффект Пельтье — термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, направления и силы протекающего электрического тока: Q = П_АBIt = (П_B-П_A)It, где Q — количество выделенного или поглощённого тепла; I — сила тока; t — время протекания тока; П — коэффициент Пельтье. Причина возникновения явления Пельтье заключается в следующем. На контакте двух веществ имеется контактная разность потенциалов, которая создаёт внутреннее контактное поле. Если через контакт протекает электрический ток, то это поле будет либо способствовать прохождению тока, либо препятствовать. Если ток идёт против контактного поля, то внешний источник должен затратить дополнительную энергию, которая выделяется в контакте, что приведёт к его нагреву. Если же ток идёт по направлению контактного поля, то он может поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходимая для этого энергия отбирается у вещества, что приводит к охлаждению его в месте контакта. При прохождении через ТЭМ постоянного электрического тока возникает разность температур (dT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Эффект Томсона — одно из термоэлектрических явлений, заключающееся в том, что в однородном неравномерно нагретом проводнике с постоянным током, дополнительно к теплоте, выделяемой в соответствии с законом Джоуля — Ленца, в объёме проводника будет выделяться или поглощаться дополнительная теплота Томсона в зависимости от направления тока. В условиях, когда вдоль проводника, по которому протекает ток, существует градиент температуры, причём направление тока соответствует движению электронов от горячего конца к холодному, при переходе из более горячего сечения в более холодное, электроны передают избыточную энергию окружающим атомам (выделяется теплота), а при обратном направлении тока, проходя из более холодного участка в более горячий, пополняют свою энергию за счёт окружающих атомов (теплота поглощается). 10) Диффузионная теория выпрямления на контакте металл – полупроводник. В равновесном состоянии контакта полупроводника с металлом потоки электронов из металла в полупроводник и из полупроводника в металл одинаковы, а обусловленные ими токи i_s1 и i_s2 равны по величине и противоположны по направлению. Результирующий ток через контакт I = i_s1 - i_s2 = 0. При приложении к контакту внешней разности потенциалов V в прямом направлении поток электронов, текущий из металла в полупроводник, сохраняется неизменным, а поток электронов, текущий из полупроводника в металл, увеличивается в e^eV/kT раз, так как в соответствии с законом Больцмана барьер высотой фи₀ – eV способно преодолеть в e^eV/kT раз большее число электронов, чем барьер высотой фи₀. Поэтому в контакте возникает прямой ток, направленный от металла к полупроводнику равный: При значительной толщине запорного слоя, а именно при d_n >> (2фи₀/kT)*лямбда , где лямбда длина свободного пробега носителей, движение носителей через запорный слой носит диффузионный характер. Теория выпрямления таких слоёв была развита Давыдовым и Шоттки и называется диффузионной теорией. Она приводит к следующему уравнению вольтамперной характеристики контакта полупроводника с металлом:

1 8) Поверхностная проводимость. Эффект поля. Поверхностная проводимость МДП-структуры. Если на поверхности полупроводника в МДП-структуре созданы омические контакты, то измеряя проводимость между ними в зависимости от напряжения смещения, можно получить ряд полезных сведений о свойствах поверхности. Этот метод исследования был использован в классических экспериментах Шокли и Пирсона. Наиболее простой путь вычисления поверхностной проводимости состоит в нахождении избыточной поверхностной плотности электронов и дырок ΔN и ΔP в функции поверхностного потенциала. Обозначая через n₀ и p₀ плотности носителей заряда в случае плоских зон (u = 0), можно записать:

Эффект поля в широком смысле состоит в управлении электрофизическими параметрами поверхности твердого тела с помощью электрического поля, приложенного по нормали к поверхности.

В качестве способа регистрации изменений электрофизических параметров под действием электрического поля могут быть использованы измерение проводимости, дифференциальной ёмкости — метод вольт-фарадных характеристик, поверхностной фото-ЭДС. Чаще всего под эффектом поля понимают изменение проводимости твердого тела под действием на него поперечного электрического поля.

В полупроводниковой технике под эффектом поля понимается влияние внешнего электрического поля на электропроводность полупроводника. В общем случае рассматривается полубесконечный полупроводник, имеющий как минимум одну поверхность, свойства которой и рассматриваются. Основным «дефектом» такого полупроводника является наличие поверхности (обрыв периодичности кристаллической решетки), что по умолчанию детерминирует наличие поверхностных состояний. Кроме того, на поверхности присутствуют различные дефекты и примеси, также вносят свой ​​вклад в плотность поверхностных состояний. Основной теоретической проблемой эффекта поля является нахождение распределения поверхностного и внутреннего потенциала в полупроводнике, особенно при приложении внешнего электрического поля. Основной экспериментальной проблемой эффекта поля фиксация поверхностных состояний при изменении внешних факторов, долгое время не давало возможности для полноценного исследования поверхностной проводимости и практической реализации МДП-транзисторов.

№3 Эффект Холла.

Г альваномагнитными эффектами называют кинематические явления, которые возникают при одновременном действии электрического и магнитного полей. ЭХ заключается в возникновении ЭДС в направлении, которое перпендикулярно току при помещении образца в поперечное поле.

На U-й движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренса . Направление F определяется правилом левой руки, правого буравчика. лежат в одной плоскости.

.

При пропускании электрического тока через полупроводник поперечная разница потенциалов равна 0. При подаче поперечного Е магнитного поля с индукцией В на боковых гранях возникает разность потенциалов Ux , называемая ЭДС Холла. Для относительно слабых полей ЭДС Холла - постоянная Холла.В – индукция магнитного поля

J – плотность тока. а – расстояние между поперечными гранями.

Под действием происходит отклонение зарядов от первоначального направления действия к одной из граней образца и их накопление. Эти заряды создают поперечное электрическое поле, препятствующее дальнейшему их накоплению под действием . В соответствии равновесия = .

З ная Ux , можно определить концентрацию свободных носителей и их знак.

Выражение для Ux выводится в предположении, что все носители заряда двигаются с одинаковой скоростью. Это выполняется в металлах и вырожденных полупроводниках, где распространение носителей заряда по энергии подчиняется статистике Ф-Д.

В невырожденных полупроводниках энергия (скорость) носителей заряда может изменяться в широких пределах => носители выносятся на боковую грань с различной скоростью. Кроме того, необходимо учесть механизм рассеяния, для этого вводят коэффициент:

В примесных полупроводниках знак Rx определяется знаком основных носителей.

У полупроводника со смешенным типом проводимости Rx меньше чем у полупроводника с одним типом проводимости и знак Rx (Ux ) определяется знаком заряда носителей, подвижность и концентрация которых больше.

Для примесных полупроводников с 1-м типом проводимости в области низких t-p можно определить подвижность носителей заряда.

Э Х измеряется в слабых магнитных полях. Если очень сильное поле => «закругливание» носителей под действием силы Лоренса. Критерием слабого магнитного поля является условие М – подвижность.

Особый интерес представляют измерения температурной зависимости коэффициента Холла, т к позволяет определить такие параметры, как энергию акт-ции примесей и ширину ЗЗ.

П олупроводник p-типа:

В области температур Rx >0, т к проводимость дырочная. При переходе к собственной проводимости к-т Холла меняет свой знак, т к подвижность электронов > p(Мn>Mp).

Область применения ЭХ достаточно обширна: измерение магнитного поля, датчики давления и др.

областями истока и стока отсутствует и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определённой