Ключевая задача №1
П
редположим,
что в некотором полупроводнике собственная
концентрация равна 8 мкм-3.
Не меняя температуры полупроводника,
его залегировали донорной примесью с
концентрацией 12 мкм-3,
которая полностью ионизовалась, а затем
полупроводник перешел в состояние
термодинамического (теплового) равновесия.
Спрашивается – чему в данном случае
равна концентрация основных и неосновных
носителей заряда?
С
тудент
решил задачу следующим образом. В
начальный момент (без легирования)n=p=ni=8.
После введения донорной примеси, которая
полностью ионизовалась, в зоне проводимости
добавилось 12 электронов/мкм3,
а в валентной зоне остались те же 8
дырок/мкм3.
Таким образом, в примесном полупроводнике
концентрация основных носителей составит
8+12=20электронов/мкм3,
а неосновных – 8 дырок/мкм3.
П
реподаватель
предложил студенту записать основные
теоретические соотношения для нахождения
концентраций носителей в полупроводниках
в состоянии равновесия и проверить их
на данном числовом примере. Студент
быстро ответил: «Первое фундаментальное
уравнение – это уравнение
электронейтральности. Т.е. сумма всех
положительных зарядов должна равняться
сумме всех отрицательных зарядов в
любой произвольно выбранной точке
полупроводника. Из отрицательных зарядов
у нас есть только подвижный заряд
электронов. Их ровно 20 шт. на 1 мкм3.
Считаем положительный заряд. Он состоит
из подвижного заряда дырок. Их 8 шт. И
неподвижного заряда ионизированных
доноров. По условию их 12шт. Очевидно,
что уравнение электронейтральности
выполняется. Вторым фундаментальным
уравнением является уравнение закона
сохранения масс. Т.е. в состоянии
равновесия в любой момент времени
произведение концентраций основных и
неосновных носителей должно быть равно
квадрату собственной концентрации.
Произведение подвижных носителей у нас
20*8=160, а квадрат собственной концентрации
равен 8*8=64. Но 64 не равно 160! Что-то здесь
не так…». Студент задумался.
В чем же дело и правильно ли была решена исходная задача?
Рекомендуемая учебно-методическая литература
Основная:
Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника.— //М., Питер, 2003, стр.67-77;
Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы.— //М. Лайт ЛТД 2000, стр.5-14;
Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Учебное пособие для вузов. Под ред. Н.Д. Федорова —// М., Радио и связь 1998, стр. 11-21;
Терехов В.А. Задачник по электронным приборам. — //М., Энергоатомиздат, 1983, 2-е изд. стр.91-116;
Калинин С.В. МУ по курсу «Физические основы электроники» — // Новосибирск, СибГУТИ, 2004;
Конспект лекций
Дополнительная литература
Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника— // М., Высшая школа 1991, стр. 51-66,87-92;
Степаненко И.П. Основы микроэлектроники —// 2 издание, М., Лаборатория Базовых Знаний, 2000, стр.25-42
Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы.—// М., Высшая школа, 1990, стр. 43—52
Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем // М., Мир, 1989, стр.16-80;
Сайт ФТИ им А.Ф.Иоффе РАН (www.ioffe.rssi.ru) "Electronic archive. New Semiconductor Materials. Characteristics and Properties”- г. С.-Петербург. 2002
Линч П., Николайдес А. Задачи по физической электронике (с решениями и комментариями) —// М., Мир 1975, стр. 68-97, 126-146
Морозова И.Г. Физика электронных приборов—// М., Атомиздат, 1980, стр. 3-30
