Чем структура полупроводниковых материалов отличается от структуры проводников?
Как и в металлах, электрический ток в полупроводниках связан с дрейфом носителей заряда. Если в металлах наличие свободных электронов обусловлено самой природой металлической связи, то появление носителей заряда в полупроводниках определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются химическая чистота материала и температура. В зависимости от степени чистоты полупроводники подразделяются на собственные и примесные.
Чем обеспечивается электропроводность полупроводников?
Дрейфом носителей заряда: свободными электронами в зоне проводимости и дырками в валентной зоне.
Как и почему меняется электропроводимость полупроводников в зависимости от температуры?
При температурах, отличных от абсолютного нуля, имеется конечная вероятность того, что некоторые из электронов за счет тепловых флуктуаций (неравномерного распределения тепловой энергии между частицами) преодолеют потенциальный барьер и окажутся в зоне проводимости. В собственном полупроводнике каждый переход электрона в зону проводимости сопровождается образованием дырки в валентной зоне. Благодаря дыркам электроны валентной зоны также принимают участие в процессе электропроводности за счет эстафетных переходов под действием электрического поля на более высокие освободившиеся энергетические уровни. Совокупное поведение электронов валентной зоны можно представить как движение дырок, обладающих положительным зарядом и некоторой эффективной массой.
Как и почему меняется электропроводимость полупроводников в зависимости от выбора материала?
Разные материалы имеют различную ширину запрещённой зоны. Чем меньше ширина запрещенной зоны, тем проще электрону перейти из валентной зоны в зону проводимости и тем быстрее создаются электронно-дырочные пары
К
ак
и почему меняется электропроводимость
полупроводников в зависимости от
воздействия электрического поля?
Термоэлектронная эмиссия
Под действием сильного поля несколько уменьшается высота потенциального барьера для электронов в направлении, противоположном направлению поля.
Ударная ионизация
С
вободный
электрон, ускоряясь под действием
большой напряженности электрического
поля на длине свободного пробега, может
накопить энергию, достаточную для
ионизации примеси или собственного
атома полупроводника.
Туннельный эффект (электростатическая ионизация)
Сильному электрическому полю в полупроводнике соответствует большой наклон энергетических зон. В этих условиях электроны могут проходить сквозь узкий потенциальный барьер (толщиной dх) без изменения своей энергии.
Как и почему меняется электропроводимость полупроводников в зависимости от наличия/концентрации примеси?
1. Примесные уровни, заполненные электронами при отсутствии внешних энергетических воздействий, расположены в запрещенной зоне вблизи нижнего края зоны проводимости. При внешнем возбуждении электроны с примесных уровней могут легко переходить в свободную зону и участвовать в процессе электропроводности. Энергия, необходимая для таких переходов, значительно меньше энергии ионизации собственных атомов полупроводника, т.е. ширины запрещенной зоны.
2. В противоположном случае примесь может внести незаполненные уровни, располагающиеся в запрещенной зоне вблизи от верхнего края («потолка») валентной зоны. Благодаря тепловому возбуждению электроны из валентной зоны полупроводника забрасываются на эти свободные примесные уровни.
Где применяются полупроводники?
Почему примесные полупроводники применяются чаще, чем собственные?
Какие процессы, происходящие в полупроводниках, позволяют их применять в излучающих оптических приборах?
Инжекционный лазер (генерирование когерентного излучения)
Какие процессы, происходящие в полупроводниках, позволяют их применять в фоточувствительных приборах?
(Поглощение света. Глубина поглощения a-1 – толщина слоя, на которой интенсивность излучения уменьшается в е раз. а – показатель поглощения)
Поглощение света носителями заряда. Под действием электрического поля световой волны носители заряда совершают колебательное движение синхронно с полем. Ускоряясь полем на длине свободного пробега, электроны при столкновениях с узлами решетки отдают накопленную кинетическую энергию. В результате энергия световой волны превращается в тепловую энергию кристалла.