8

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ

Исследование температурной зависимости проводимости полупроводников

Методические указания к лабораторной работе

по курсу «Физические основы микроэлектроники»

для студентов специальности 220500 «Конструирование

и технология ЭВС»

КУРСК 1999

Составители: И.С.Захаров, В.В.Умрихин

УДК 621.382

Исследование температурной зависимости проводимости полупроводни­ков: Методические указания к лабораторной работе/ Курск. гос. техн. ун-т.; Сост.: И.С.Захаров, В.В.Умрихин. Курск, 1999. 8 с.

Предназначены для студентов специальности 220500 "Конструи-рование и технология ЭВС".

Ил. 1. Библиогр.: 5 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики В.М.Фатьянов

Редактор О.А.Петрова

ЛР N 020280 от 09.12.93. ПЛД № 50-25 от 01.04.97.

Подписано в печать . Формат 60 х 84 1/16. Печать офсетная.

Усл.печ.л. 0,48. Уч.-изд.л. 0,50. Тираж 50 экз. Заказ .

Курский государственный технический университет.

Подразделение оперативной полиграфии Курского государственного

технического университета.

Адрес университета и подразделения оперативной полиграфии: 305040

Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

1. Цель работы

Изучить закономерности изменения проводимости полупроводниковых материалов от температуры.

2. Основные понятия и определения

В общем случае в твердом теле удельная проводимость определяется соотношением , где q - величина заряда носителя; n - концентрация носителей заряда;  - подвижность. Чтобы определить аналитически температурную зависимость проводимости материала, необходимо знать температурные зависимости , n, концентрации носителей и их подвижности.

Зависимость концентрации носителей заряда от температуры для невырожденного полупроводника n-типа показано на рис.2.1. На ней можно выделить три характерных участка. При низких температурах донорные уровни в полупроводнике заполнены электронами. С ростом температуры электроны с донорных уровней начинают переходить в зону проводимости, увеличивая концентрацию носителей заряда (участок 1). Концентрация носителей заряда в полупроводнике на этом температурном участке определяется выражением:

, (2.1)

где N_e - эффективная плотность состояний в зоне проводимости; N_D - концентрация доноров; Э_D - энергия ионизации доноров; k - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура.

Из представленного выражения следует, что наклон прямой на участке 1 характеризует энергию ионизации примеси. Участок 1 называется областью примесной проводимости. При дальнейшем нагревании полупроводника достигается некоторая температура Т, при которой все электроны с донорных уровней оказываются переброшенными в зону проводимости, т.е. доноры ионизированы.

Дальнейшего роста концентрации носителей заряда с ростом температуры наблюдаться не будет, поскольку тепловая энергия еще не достаточна для того, чтобы перебросить электрон из валентной зоны в зону проводимости, т.е. вероятность ионизации собственных атомов полупроводника еще очень мала. Участок 2 называют областью истощения примесей.

Рис.2.1. Типичная зависимость концентрации носителей заряда

от температуры в невырожденном полупроводнике n-типа

При температурах выше Т₂ температурная зависимость проводимости полупроводника определяется переходами электронов из валентной зоны через запрещенную зону в зону проводимости. Участок 3 называют областью собственной электропроводности. Концентрация носителей заряда в этой области определяется выражением:

, (2.2)

где N_B - эффективная плотность состояний в валентной зоне; Э - ширина запрещенной зоны.

Из выражения (2.2) следует, что наклон прямой на участке 3 определяет ширину запрещенной зоны полупроводника.

Зависимость подвижности носителей заряда от температуры имеет слабый характер по сравнению с температурной зависимостью концентрации, поэтому общий вид зависимости удельной проводимости полупроводника от температуры определяется в основном температурной зависимостью концентрации носителей заряда.

В работе исследуются полупроводники с различными величинами ширины запрещенной зоны. При анализе экспериментальных данных следует учитывать, что в одном и том же температурном интервале узкозонные полупроводники могут обладать собственной электропроводностью, широкозонные - примесной, другие - могут находиться в области истощения примесей.