11. Напівпровідникові іс

Технологія виробництва діодів, транзисторів, інтегральних схем заснована на використанні напівпровідників: Si - кремній, Ge - германій, Se - селен, GaAs - арсенід галлія, GaP - фосфід галлія та інші. Напівпровідникові матеріали характеризуються питомим опором р=10^-3.. 10^9 Ом*см (між провідниками (металами) і діелектриками).

Для напівпровідників характерна кристалічна будівля молекул. Наприклад Si і Ge - тетраедр, що характерно для 4-х валентних елементів. Зв'язок між атомами - ковалентний (або валентний).

В хімічно чистому кристалі напівпровідника концентрація вільних електронів і дірок, що утворяться за рахунок розірвання валентних зв'язків між атомами, рівні між собою: ni=pi (i означає, що дана величина відноситься до власного напівпровіднику (intrinsic)).

(Наприклад, при кімнатній температурі для Ge: ni=2, 5*10^13 cм^-3 - Число вільних електронів 1 см куб. Враховуючи, що в кожному 1 см куб Ge знаходиться біля 4.4 *10^22 атомів, слідує, що один вільний електрон припадає на мільярд атомів речовини). (В Si: ni=1, 4*10^10 cм^-3 і приблизно 5*10^22 атомів/см куб).

Електричний струм при цьому утворений за рахунок одночасного переносу зарядів обох знаків. Така електроно-діркова проводимість називається власною проводимістю напівпровідника.

Наявність домішок змінює властивості напівпровідника, створюючи домішкову проводимість. Домішки, що викликають в провіднику збільшення вільних електронів, називаються донорними, а збільшення дірок - акцепторними. Процес введення домішки називається легируванням.

Донорні домішки, наприклад, P - фосфор, Sb - сурма, Bi - вісмут, As - миш`як. Напівпровідники, електропровідність яких підвищилася завдяки утворенню залишку вільних електронів при введенні домішки, називаються напівпровідниками з електронною проводимістю або n-типу.

Концентрація електронів у напівпровіднику n-типу: n=Nд+ni=Nд так як Nд >> ni, Nд=10^15 атом/см^3, де Nд - концентрація атомів донорної домішки. Nд (Si) =10^14... 10^20 атом/см куб, Pn << Pi, (звичайно Nд (Si) <=10^16, тобто в межах 0.0001% від загального числа атомів, інакше - напівметал); Nд (Si) =10^20 - для емітерних шарів.

Напівпровідники, електропровідність яких обумовлюється рухом дірок, називаються напівпровідниками з дірковою проводимістю або p-типу.

Концентрація дірок в напівпровідникові (НП) p-типу: Pp=Na+Pi=Na, так як Na >> Pi, Na=10^18 см^3, де Na - концентрація атомів акцепторної домішки, Np << Ni.

Розрізняють два випадки появи струму у напівпровідникові: струм, зумовлений зовнішнім електричним полем, називається дрейфовим струмом. Струм, що виникає в результаті дифузії носіїв з області, де їхня концентрація підвищена, в напрямку з більш низькою концентрацією, називається дифузійним струмом (нерівномірність концентрації може виникнути під чином світла, нагрівання, електричного поля і т. п.).

Основою більшості напівпровідникових приладів є p-n перехід або електронно-дірковий перехід - область, що поділяє напівпровідник на дві частині з різнотипною проводимістю.

Найбільш перспективний напрямок розвитку напівпровідникової технології заснований на створенні структур елементів всередині напівпровідникових кристалів.