Защита ФПП
.docxЗащита
Исходные данные. См. курсовую пункт 1.1
Получение.
Применение. См. курсовую пункт 1.3
Расчеты.
Так как в полупроводнике имеются оба вида примесей при Т = 0 К все акцепторные уровни заполнены электронами и вследствие большого расстояния между легированными уровнями при повышении температуры все акцепторы остаются заполненными - примеси скомпенсированы.
Так как соотношение концентрации доноров и акцепторов больше 0,5, уровень Ферми идет в сторону дна зоны проводимости. После превышения концентрации электронов над концентрацией доноров уровень Ферми начинает опускаться и пересекает донорные уровни. Далее до участка собственной проводимости уровень стремится к середине ЗЗ.
Причиной уменьшения ширины запрещенной зоны является расширение кристаллической решетки и изменение интенсивности электрон-фононного взаимодействия.
C увеличением тепловой энергии в решетке амплитуда колебаний атомов растет, и межатомное расстояние увеличивается. Следствием этого является снижение действующего на электроны потенциала и уменьшение ширины запрещенной зоны.
Положение уровня Ферми в собственном полупроводнике является функцией от температуры. Показано, что с повышением температуры уровень Ферми движется к зоне проводимости, зависимость линейная. Из полученной температурной зависимости положения уровня Ферми рассчитана и построена температурная зависимость концентрации носителей заряда в собственном полупроводнике (концентрация электронов равна концентрации дырок), которая также растёт с увеличением температуры.
Анализ температурных зависимостей для легированного полупроводника проводился аналогично. Уравнение электронейтральности в данном случае включало концентрации ионизированных примесей, а решение получено в виде функции от уровня Ферми и температуры. Уровень Ферми при Т = 0 К начинается с донорного уровня, при незначительном повышении температуры (примерно до 3 – 4 К) наблюдается рост положения уровня Ферми – приближение к дну зоны проводимости. На этом участке концентрация носителей заряда определяется примесями, увеличение значения уровня Ферми связано с ионизацией примесей, небольшие температуры объясняются малой энергией ионизации. Дальнейшее увеличение температуры приводит к падению уровня Ферми практически в два раза до температуры 250-300 К (область истощения примесей в силу их ограниченной концентрации, акцепторы забирают часть электронов от полностью ионизованных доноров). После этого, когда примеси полностью ионизованы и примесные уровни истощены, наступает ионизация собственных атомов полупроводника, растёт концентрация основных носителей заряда за счёт их термической генерации, и, так как эффективные массы в валентной зоне и в зоне проводимости различны, уровень Ферми растёт, приближаясь к дну зоны проводимости.
Температурная зависимость ширины запрещённой зоны определена по формуле Варшни. Показано положение донорного уровня вблизи дна зоны проводимости и акцепторного уровня рядом с потолком валентной зоны, изменение положения уровня Ферми в зависимости от температуры. С ростом температуры ширина запрещённой зоны уменьшается – сближаются зона проводимости и валентная зоны, при высоких температурах уровень Ферми приближается в зоне проводимости.