Электр. Презентация 1
.pdf
Основные и неосновные носители - соотношение.
собственный ПП: ni = pi (общее название ni)
n-тип – электроны – концентрация nn≈ ND, n-тип – дырки – концентрация pn.
n |
n |
n |
i , |
n |
n |
p |
n |
, n |
n |
p |
n |
n 2 |
|
|
|
|
|
|
i |
p-тип – дырки – концентрация pp ≈ NA, p-тип – электроны – концентрация np.
p |
p |
n |
i , |
p |
p |
n |
p |
, p |
p |
n |
p |
n 2 |
|
|
|
|
|
|
i |
Основные соотношения – сводка для Si
Собственный кремний
n |
i |
p |
i |
; n |
i |
p |
i |
n 2 |
4 10 20 |
|
|
|
|
i |
|
кремний n-типа
nn ND
n |
n |
n |
i |
, n |
n |
p |
n |
, n |
n |
p |
n |
n 2 |
4 10 20 |
|
|
|
|
|
|
i |
|
кремний p-типа
pp |
N A |
p |
p |
n |
i |
, p |
p |
n |
p |
, p |
p |
n |
p |
n 2 |
4 10 20 |
|
|
|
|
|
|
i |
|
Процессы создания носителей заряда в полупроводнике
Генерация:
создание пары свободных носителей "электрон - дырка"
Рекомбинация:
взаимное уничтожение пары свободных носителей
"электрон - дырка"
Активация примеси:
создание одного (!!!) свободного носителя и одного неподвижного заряда –
иона атома примеси
Значения концентраций в примесных ПП
Пример: Кремний n-типа – nn=ND=1017 ni = 2∙1010 – для собственного ПП
n |
n |
p |
n |
n 2 |
10 20 ; |
n |
n |
10 17 |
, p |
n |
10 3 |
|
|
i |
|
|
|
|
|
Часть избыточной концентрации nn≈107 ушла на рекомбинацию с собственными дырками
Без теоретического вывода:
n |
n |
p |
n |
n 2 |
10 20 |
это глобальное соотношение |
|
|
i |
|
|
Чтобы снизить pn от 1010 до 103 нужно затратить107 электронов Остаток электронов после рекомбинации:
10 17 |
10 7 |
10 17 |
концентрация практически не изменилась !!!
Элементы зонной
теории твердого
тела
Понятия и определения
каждый электрон в ТТ может принимать только определенные значения энергии,
то же самое – находиться на определенном уровне
Расстояние между отдельными уровнями очень мало (реально в Si ~ 10-17эВ) – поэтому уровни сливаются в практически сплошные зоны.
электроны, находящиеся на оболочках и всегда связанные с атомами, создают валентную зону, электроны оторванные от оболочек (свободные) – создают зону проводимости.
Понятие зонной диаграммы
E – энергия электрона
EС – минимальная энергия (дно) в зоне проводимости
EV – максимальная энергия (потолок) в валентной зоне
X – координата в ТТ
Чем выше по оси E, тем больше энергия электрона Значения EC и EV одинаковы по всему однородному ТТ (не
зависят от координаты Х)
Электропроводность в свете зонной теории
•рассматривается только внешняя (верхняя) электронная оболочка,
•энергетические уровни одной оболочки имеют дискретные значения,
•у множества атомов дискретные уровни образуют ряд “сплошных” зон,
•зона с наибольшими значениями энергии - зона проводимости,
•предыдущая зона – валентная зона,
•вклад в электропроводность – только электроны, способные перемещаться внутри зоны:
в зоне проводимости – свободные электроны (электронный "газ"), в валентной зоне – электроны, переходящие на свободные места в других оболочках и создающие имитацию передвижения дырки
При температуре Т=0К
•у проводников в зоне проводимости есть электроны
•у диэлектриков и полупроводников – ПУСТО!
Кристаллическая структура кремния Т = 0K
―
―
―
―
Si +4
―
―
Si +4
―
―
Si +4
―
――
――
――
―
Si +4
―
―
Si +4
―
―
Si +4
―
――
――
――
―
Si
+4 ―
―
―
Si
+4 ―
―
―
Si
+4 ―
―
Все места в оболочках заняты – валентная зона заполнена Свободных электронов нет – зона проводимости пуста.
Кристаллическая структура кремния Т > 0K
― |
― |
― |
― |
Si |
|
+4 |
||
|
||
|
― |
|
|
― |
|
― |
Si |
|
+4 |
||
|
||
1 |
― |
|
|
― |
|
― |
Si |
|
+4 |
||
4 |
||
|
― |
― |
― |
― |
― |
|
2 |
Фонон
― |
― |
|
5 |
Si
+4 |
― |
― |
|
|
|
― |
|
|
― |
|
|
Si |
|
|
+4 |
― |
― |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
― |
- |
G |
Э |
|
||
+ Д |
|
|
Si |
|
|
+4 |
― |
― |
|
6 |
|
|
|
|
― |
|
|
Si
+4 ―
―
―
Si
+4 ―
―
―
Si
+4 ―
―
Появляются свободные электроны, уровни которых лежат в зоне проводимости Появляются пустые места в оболочках (дырки), уровни
которых лежат в валентной зоне