МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра микро- и наноэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Физика полупроводников» Тема: Статистика электронов в полупроводниках

Студенты гр. 1283 ____________________ ____________________ Ганиев Ж. Григорьева В.В. Преподаватель __________________________ Кучерова О.В.

Санкт-Петербург 2024

Задание на курсовую работу аннотация

В работе исследуется полупроводник InAs (арсенид галлия). Приводится краткая справка о его свойствах, получении и применении на практике, выбираются легирующие донорная и акцепторная примеси. Для собственного и примесного исследуемого полупроводника проводится расчет температурных зависимостей уровня Ферми, концентрации носителей заряда, а так же построение энергетической диаграммы в зависимости от температуры.

SUMMARY

The semiconductor InAs (indium arsenide) is investigated in this work. A brief summary of its properties, preparation and application in practice is given, alloying donor and acceptor impurities are selected. For the intrinsic and impurity semiconductor under study, the temperature dependences of the Fermi level, the concentration of charge carriers are calculated, as well as the construction of an energy diagram depending on temperature.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6

1.1. Свойства исследуемого полупроводника 6

1.2. Получение исследуемого полупроводника 7

1.3. Применение исследуемого полупроводника 7

1.4. Выбор легирующих донорной и акцепторной примесей 8

2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ 9

2.1. Расчет эффективных масс плотностей состояний и определение температурных зависимостей эффективных плотностей состояний для валентной зоны и зоны проводимости 9

2.2. Расчет температурных зависимостей уровня Ферми и концентраций носителей заряда в несобственном полупроводнике 10

2.3. Расчет температурной зависимости ширины запрещённой зоны исследуемого полупроводника и построение энергетической диаграммы в зависимости от температуры 13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17

Введение

Монокристаллический арсенид индия (InAs)InAs Был открыт случайно в 1863 году немецкими химиками Фердинандом Райхом и Теодором Рихтером при попытке обнаружить таллий. Способствовало такому открытию появление спектроскопического анализа, благодаря которому было сделано не одно открытие. Применяется для изготовления сверхвысокочастотных транзисторов, а также светодиодов и фотодиодов, работающих в инфракрасной области электромагнитного излучения, датчиков Холла магнитного поля, для организации ансамблей квантовых точек в некоторых полупроводниковых приборах. Как и для любого другого проводника, важными качествами для исследуемого соединения являются ширина запрещённой зоны и её температурная зависимость. В данной работе проведено исследование данного параметра полупроводника в определённом температурном диапазоне.

1. Теоретическая часть

1. Свойства исследуемого полупроводника

Монокристаллический арсенид индия (InAs) – полупроводник с малой шириной запрещённой зоны представляет интерес для полупроводниковой опто- и микрофотоэлектроники, как материал с малой шириной запрещённой зоны, имеющий высокую квантовую эффективность при поглощении излучения в диапазоне длин волн 0,5 – 3,46 мкм (при температуре 300 К). Бинарное неорганическое соединение индия и мышьяка. Химическая формула соединения InAs.

Зонная диаграмма арсенида индия представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зонная диаграмма арсенида индия при Т = 300 К

Является прямозонным полупроводником, относящимся к полупроводникам группы A^IIIB^V. Имеет ширину запрещённой зоны около 0.354эВ.

Ввиду низкой ширины запрещённой зоны большинство полупроводниковых приборов, изготовленных из этого материала, работают только при криогенных или очень низких температурах.

В таблице 1 представлены основные параметры исследуемого материала.

Таблица 1 – Основные параметры InAs

Постоянная решётки	а = 0,605 нм
Eg при Т = 300 К	0,17 эВ
Eg при Т = 77 К	0,23 эВ
Eg при Т = 0 К	0,354 эВ
Эффективная масса электронов проводимости	m*e = 0,023m0
Эффективная масса дырок	m*p = 0,41m0
Подвижность электронов при Т = 77 К	1,1⋅106 см²/(В·с)
Подвижность дырок при Т = 77 К	9,1⋅103 см²/(В·с)
Собственная концентрация носителей заряда	2,0·1016 см-3
Удельное сопротивление	4·10-3 Ом·см

Нелегированный арсенид индия обладает очень высокой подвижностью электронов (около 78 000 см²/(В·с) при Т = 300 К), а также имеет большую длину свободного пробега электронов (до 0,7 мкм при 300 K).