Лекція №1
Електричні властивості та види провідності напівпровідників.
Напівпровідники по своєму питомому опору займають проміжну ділянку між провідниками та діелектриками.
Для виготовлення напівпровідників використовують: германій, кремній, арсенід галію.
Мал.1 Кристалічна решітка
безпримісного германію. Мал.2 Енергетична діаграма.
Механізм електричної провідності напівпровідників та діелектриків однаковий і відрізняється від механізму електричної провідності провідників. Ця відмінність складається у впливові температури на опір. При нагріванні опір провідника збільшується, а діелектрика та напівпровідників зменшується. При додавання домішок у провідники (чистий метал) - утворюється сплав (ніхром, константа) який збільшує опір в порівнянні з опором окремих компонентів. При додаванні домішків в F10
напівпровідник його опір зменшується. Також він зменшується під дією зовнішнього електричного поля, опромінення світлом або іонізованими частками.
Розглянемо характер провідності напівпровідників, до яких відноситься кристал германію. (IV група таблиці Менделеєва).
Кристалічна решітка має геометричну форму тетраедра і на площині виглядає у виді площинної решітки.
При температурі абсолютного нуля та при відсутності домішок - зона провідності вільна. Для переходу електрона в зону провідності необхідно надати додаткове джерело енергії - тепло. Перехід електрона у зону провідності називається генерацією. При захопленні дірками електронів із зони провідності процес називається рекомбінацією. Таким чином, кристал набуває здібність проводити електричний струм. Така провідність називається власною. Такі напівпровідники називаються напівпровідниками і-типу. Електрона та діркова провідності обумовлені рухом в напівпровідниках тільки електронів. Такі напівпровідники використовуються рідко, так як мають малу провідність та не забезпечують однобічну провідність (вентильної дії).Технічне застосування отримали домішкові напівпровідники.
У якості домішок використовують елементи ІІІ та V груп таблиці Меделеєва. Такі напівпровідники мають значну провідність у порівняннi з власною
Мал.3 кристалічна решітка Мал.4 Енергетична діаграма.
германія n-типу.
Число електронів перевищує число дірок і такий напівпровідник називається n-типу. Має електрону провідність. Домішок, віддаючий електрон, називається донорним.
При внесенні у кристал елементів ІІІ групи (індію), атоми її заміщають у вузлах кристалічних ґраток атоми германію.
германія р-типу.
При внесенні ІІІ валентного домішку, кількість дірок перевищує кількість електронів. Такий провідник має діркову провідність або провідність p-типу. Домішок, введення якого приводить до появи дірок, називається акцепторним. В напівпровідниках р-типу основними носіями є дірки, а неосновними електрони.
Структура електронно-діркового переходу.
Контакт на межі двох сусідніх ділянок напівпровідника, одна з яких має провідність n-типу, а інша р-типу, називається електронно-дірковим переходом.
Буває плоскостним або точечним (мала ємність переходу використовується в високоякісних діодах).
p-n переходи бувають: вирощуваними та сплавленими.
Вирощувані p-n переходи створюються вирощуванням монокристала з розплаву з подальшим додаванням домішок.
Сплавні переходи створюються при вплавлені домішка у монокристал.
Фізичні процеси у p-n переході.
Мал.7. Структура та графік електростатичного
потенціалу Р-n переходу.
На
межі розподілу напівпровідника
створюється перепад (градієнт) концентрації
дірок
та електронів
.
Це викликає дифузійне переміщення електронів з n-області в
р- область та дірок у зворотному напрямку. Дифузія йде у бік зменшення концентрації.
В
результаті прикладення напруги,
створюється дрейфовий струм не основних
носіїв зарядів.
Дифузійний та дрейфовий струми переміщуються назустріч один одному і компенсують один одного.
Наявність двоякого електричного шару у p-n переході обумовлює виникнення у ньому контактної різниці потенціалів, яка називається потенційним бар’єром. к.
Якщо прикласти напругу:
Мал. 8. Зворотне вмикання Мал. 9.Пряме вмикання
р-n переходу. р-n переходу.
Лекція №2.