Полупроводники

Тема 1. Определение и классификация Тема 5. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры Тема 6. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры Тема 7. Зависимость удельной проводимости от температуры Тема 8. Время жизни носителей и диффузионная длина Тема 9. Основные эффекты в полупроводниках и их применение Тема 10. Полупроводниковые материалы

2.1. Определение и классификация

Полупроводники при комнатной температуре занимают по удельному сопротивлению, имеющему значение 10^-6—10^-9Ом·м, промежуточное положение между металлами и диэлектриками. По ширине запрещенной зоны к полупроводникам относят вещества, у которых она лежит в диапазоне 0,1-3,0 эВ.

Приведенные значения следует считать ориентировочными, так как они относятся к нормальным условиям, и могут сильно отличаться в зависимости от температуры.

Удельная проводимость полупроводников в сильной степени зависит от вида и количества содержащихся в них примесей и дефектов. Для них характерна чувствительность к свету, электрическому и магнитному полю, радиационному воздействию, давлению и др.

В полупроводниках часто наблюдается смешанный тип химических связей: ковалентно-металлический, ионно-металлический и др. К ним относятся многие химические элементы и химические соединения:

— простые вещества: германий, кремний, селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, сурьма, мышьяк и др.;

— окислы и сульфиды многих металлов: NiO, Сu₃О, СuО, CdS, PbS и др.;

— интерметаллиды— InAs, InSb и др.

— тройные соединения: CеFeSe₃, PbBiSe₃и др.;

— твердые растворы GeSi, GaAsi-xPx и др.; — органические красители и другие материалы. Полупроводники могут быть жидкими или твердыми, кристаллическими или аморфными.

2.2. Основные параметры полупроводников.

Из электрических параметров полупроводников важнейшими являются: удельная электрическая проводимость, (или величина обратная ей – удельное электрическое сопротивление ) , концентрация электронов и дырок, температурные коэффициенты удельного сопротивления, ширина запрещенной зоны, энергия активации примесей, работа выхода, коэффициент диффузии носителей заряда и др. Для некоторых применений важны коэффициент термоЭДС и коэффициент термоэлектрического эффекта, коэффициент Холла и т.п.

К фундаментальным параметрам относят плотность, постоянная кристаллической решетки, коэффициент теплопроводности, температура плавления и др.

2.3. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры

Подвижность носителей заряда в полупроводниках зависит от температуры, так как тепловое хаотическое колебание частиц мешает упорядоченному движению.

Основные причины, влияющие на температурную зависимость подвижности это рассеяние на:

1. тепловых колебаниях атомов или ионов кристаллической решетки;

2. атомах или ионах примесей;

3. дефектах решетки (пустых узлах, искажениях, связанных с внедрением иновалентных ионов, дислокациями, трещинами и т.д.).

При низких температурах преобладает рассеяние на примесях и подвижность изменяется согласно выражению

μ=α·Τ ^3/2, (2.5)

где ·α -параметр материала.

При высоких температурах преобладает рассеяние на тепловых колебаниях решетки

=bT^-3/2 (2.6)

В примесном полупроводнике имеет место как одна, так и другая составляющие и зависимости μ определяются выражением

=1/(1/а·T^-3/2+1/b·T³⁷²). (2.7)

Характер изменения от температуры для собственного и примесного полупроводника показан на рис. 2.5.

рис. 2.5