8.2.4. Определение типа электропроводности полупроводников

Тип электропроводности однородных образцов, а также много­слойных структур можно определить путем нагрева одного из концов испытуемого полупроводника (рис. 8.3). Метод основан на измере­нии термо-ЭДС, возникающей вследствие разности температур на­грева концов образца полупроводника. Тип электропроводности по­лупроводника можно также определить с помощью металлического термозонда.

1 Рис. 8.3. Определение типа электропроводности полупро-

., водника путем нагрева одного из его концов:

Г_г и Т_х — горячий и холодный конец испытуемого полупроводника, соответственно

Если испытывается полупроводник />-типа, то в его нагретом конце за счет за­траты тепловой энергии большее число электронов будет переброшено из ВЗ на уровни акцепторной примеси и, следовательно, в ВЗ полупроводника образуются дырки, которых в горячем конце станет больше, чем в холодном. Из горячего кони^а в холодный начнется диффузия образовавшихся дырок, и он окажется заряженным отрицательно по отношению к холодному концу. Диффузия — это движение частии. 264

_в данном случае носителей заряда, вызванное градиентом их концентрации. Она приводит к выравниванию концентрации частиц (носителей заряда) по полупровод­нику.

При испытании полупроводника л-типа в горячем конце за счет затраты внешней тепловой энергии будет большее число электронов переброшено с уровней донорной примеси в ЗП полупроводника, чем в холодном. Поэтому в горячем конце образуются свободные электроны, которые начнут перемещаться к холодному концу, где их в сво­бодном состоянии намного меньше. В результате горячий конец зарядится положи­тельно, а холодный — отрицательно.

Таким образом, по знаку термо-ЭДС (по отклонению стрелки гальванометра вправо или влево) можно судить о типе электропроводности полупроводника.

8.3. ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ { ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ■■'

При температуре 0 К и в отсутствие другого энергетического воз­действия все валентные электроны собственного полупроводника на­ходятся на энергетических уровнях ВЗ. В этом состоянии полупро­водник подобен диэлектрику и его проводимость равна нулю. Для переброса электронов из ВЗ в ЗП нужна дополнительная энергия для преодоления потенциального барьера в виде 33. При температуре большей 0 К и дальнейшем ее повышении электроны под действием тепловой энергии начнут переходить в ЗП; в результате образуются пары свободных носителей заряда — электроны в ЗП, а дырки — в ВЗ. Этот процесс называют тепловой генерацией свободных носите­лей заряда. В ЗП (благодаря наличию свободных уровней) электроны под действием приложенного электрического поля будут переме­щаться с уровня на уровень, образуя электрический ток. Аналогично в ВЗ дырки образуют электрический ток. Одновременно с тепловой генерацией свободных носителей заряда существует и обратный про­цесс, когда свободный электрон возвращается в незаполненную ВЗ. Этот процесс называется рекомбинацией электрона с дыркой. При за­данной температуре между этими процессами осуществляется термо­динамическое равновесие, в результате чего в ЗП устанавливается некоторая, вполне определенная концентрация свободных электро­нов, а в ВЗ — дырок проводимости.

В примесных полупроводниках в формировании электрического тока принимают участие свободные носители заряда как собственного полупроводника, так и его примеси. При этом переходы электронов Из ВЗ полупроводника на уровни акцепторной примеси и с локальных Уровней донорной примеси в ЗП полупроводника осуществляются При более низких затратах энергии, чем переход электронов из ВЗ собственного полупроводника в его ЗП, т.е. AW> ДИК^ДЙ^). Поэтому электропроводность примесных полупроводников начинает прояв­ляться при более низких температурах, чем электропроводность соб­ственных полупроводников.

Вероятность переходов носителей заряда на свободные уровни энергии и, следовательно, величина проводимости сильно возраста­ет с ростом температуры. Зависимость удельной электропроводно-

265

намагниченности до состояния технического насыщения. Численное значение X, невелико (10~⁶-10~⁴), и к тому же X_s не является постоян­ной величиной данного материала. С изменением напряженности магнитного поля Н X_s изменяется и даже может измениться ее знак. Например, для a-Fe в слабых магнитных полях (Н < 32 кА/м) X_s > О, в сильных (Н > 32 кА/м) X_s < О, а при Н * 32 кА/м X, = 0. При намаг­ничивании, как правило, положительная продольная магнитострик-ция образца соответствует его отрицательной поперечной магнитост-рикции, при этом объем материала почти не изменяется. Поэтому магнитострикцию характеризуют не объемным изменением, а ли­нейным (А///). В монокристаллах ферромагнетика проявляется ани­зотропия магнитострикции. Магнитострикция наблюдается и в по­ликристаллических материалах, причем наибольшая — у никеля (X, = -3,7-10~⁵), у сплава никоей (сплав Ni—Co—Si) А, = 2,5-10"⁵) и у ферритов (X, = 2,6-10"⁵). Необычайно высокая магнитострикция у редкоземельных элементов (Tb, Dy, Но, Er, Tm) и их соединений. Например, у поликристаллического тербия X_s = 310~³, а у монокри­сталлического — X_s = 2-10"².

Эффект магнитострикции обратим: механическая деформация материала вызывает изменение состояния его намагниченности. Прямой и обратный магнитострикционные эффекты широко приме­няют в приборостроении (реле, вибраторы, фильтры, преобразовате­ли и др.).