75. Собственная проводимость п-п

Наблюд. у хим. чистых полупроводников (германий, кремний, селен). Рассм. кристалл германия(полупроводник). В идеальных кристаллах при 0К сводных электронов нету при повышен. t тепловые колеб. решётки приводят к разрыву нек. связей. На место одного электрона может быть переброшен электрон из другой связи. По кристаллич. решётке могут совершать перемещен. электроны и дырки, их движение является хаотическим. Если на кристалл наложено внешн. эл. поле, то дырки движутся по полю, электроны против. Возникает собственная проводимость германия. По зонной теории валентные электроны могут быть переброшены в зону проводимости. Электронная проводимость(n-типа)-обусловлена проводимостью электронов. Чистый полупроводник обладает электронно –дырочным механизмом проводимости.

76. Проводимость n-типа Для созд. эл. проводимости в кристаллах полупроводник вносят в какую-либо примесь(атомы посторонних элементов). Для получен. проводника n-типа с электронной проводимостью вводится примесь с валентностью на единицу больше имеющейся у исходного вещества. Один электрон не образует связи и может быть отщеплён при тепловом колеб. решётки, т.к новая свяь не нарушается дырка здесь не образуется, а избыточный положит. заряд на этом месте связывается с самим атомом примесей(перемещаться не может) При дозированном введен. атомов образуется n электронов, так создаётся электронная проводимость G или n-типа. По зонной теории в результате введения примесей у дна зоны проводимости образ. так называемый донорный уровень. Расстояние 0.013эВ. Примеси явл.источниками электронов называемых донорными примесями, а энергетич. ур. этих примесей донорными ур. Т. обр. в отлич.от чистых полупроводников, где сущ. электронно-дырочный механизм проводимости примесная проводимость обусловлена носителями тока одного знака. Изначально проводник n-типа обладает эл. теплопроводимостью.

77.Проводимость p-типа полупровод. р-типа это полупровод. с примесью валентность кот. на ед. меньше валентности основных атомов. Для получен. полупр. р-типа в его кристаллич. решётку вводят примесь для германия с валентностью 3, например бор. 1-го электрона будет недостаточно для создания связи, образуется дырка. Для образован. связи с 4 соседн. атомами германия у атома бора не хватает 1 электрона. Одна из связей не укомплектована, 4 электрон может быть захвачен только от соседн. атома германия, что приводит лишь к перемещ. валентного места. Последов. замещен. образовав. дырки элементами эквив. движению дырки по полупр. Дырка не локализуется в крист.германия, а движ. по полупр. как свободн. положит. заряд. Избыточный отрицательный заряд возник. вблизи атома примеси связ. этим атомом и по решётке перемещ. не может, по зонной теор.введен. примеси в решётку G приводит к возникн. в запрещ. зоне примесного эн.уровня. При сравнит. низкой t электроны из валентной зоны перех. на примесной уровень.Они связ. с атомами бора в этом слое и теряют возможность перемещ. по решётке G, т.е в проводим. не учавствуют. Носит. тока явл. дырки. В запрещён.зоне примеси кот. захват. электроны из вал. зоны полупр. назыв. акцепторными .(с акцептоными эн.уровнями)Введен.в чистый проводник G дырочной проводимости приводит к образованию в нём дырок.

78 Контактные электроны и дырочная проводимость pn –переход pn переход – граница соприкосновения 2-х полупроводников один из которых имеет электронную, а другой дырочную проводимость. Процесс образования pn-перехода –сложный процесс, его нельзя получить прямым соединением 2-х полупроводников, он получается при выращивание кристалла. Чаще всего на кристалл G n-типа накладывают полупроводник p-типа эта система нагревается  500С в атмосфере инертного газа и происходит при медленном охлаждении  на ед.  за несколько часов.При этом электроны из р-типа, где их концентрация выше будут дефундировать в n-типа, где их концентрация ниже в обратном направлении будут дефундировать дырки, из-за разности концентраций. В небольшой области проводника n-типа образуется избыток положительных зарядов, а в р-типа избыток отрицательных. При этом некая контактная разность потенциалов препятствует дальнейшему перемещению из n в р область.Толщина pn-перехода в полупроводнике составляет 10^-6 10^-7 м. при обычных t носители тока + и – не способны преодолевать установившуюся контактную разность потенциалов, но могут преодолевать линии при t несколько тыс.Оказалось, что сопротивлением данного pn-перехода можно управлять. Если к pn –переходу приложить внешнее управляющее направление в том же направлении, что и контактная разность потенциалов(крп), то очевидно  pn-перехода будет увеличиваться. Сопротивление будет расти. Такое включение называется обратным включением, не выполняется з. Ома. Если внешнее электрическое поле направлено из р в n то результирующее поле Е_вн-Е_крп будет направлено в сторону Е_вн , то электроны свободно будут переходить из р в n, что приведёт к увеличении I. Такое включение называется прямым(пропускным) pn-переод обладает односторонней проводимостью, используется для создания полупроводниковых диодов.

79 Полупроводниковые диоды и транзисторы и их применение. Полупроводниковый диод- это устройство обладающее одним pn-переходом. Они бывают: точечные и плоские.Устройство точечного полупроводника диода: тонкий вольфрамовый провод прижат к полупроводнику n-типа германию. Если через диод в прямом направлении пропустить кратковременный импульс тока, то повышается диффузия Al в G. Образуется cлой G обогащённый Al(т.е полупроводник р-типа) в этом случае создаётся рn-переход.Благодаря малой ёмкости контактного слоя такие точечные диоды применяются для высокочастотных колебаний вплоть до смешанного диапазона волн.Устройство плоского полупроводникового диода.Если точечный диод применяется для выпрямления высокочастотных токов, то плоский для низкочастотных с большой амплитудой(до 100 А) На медную пластинку наносится Cu₂0 который затем покрывается слоем серебра. Часть слоя Cu₂0 прилегает к слою Cu и обогащает его, обладает электронной проводимостью. Направление тока от Cu₂0 к Cu_. (распр. Явл. Селеновые диоды.) Рассмотренные диоды обладают рядом преимуществ по сравнению с электронными лампами( малые габариты, высокий КПД и срок службы, t интервалов работы от 50 до 120С Транзисторы содержат 2 pn-перехода(Pn и nP). Используется для усиления и генерирования электрических колебаний. Рабочие электроды транзистора: эмитор, база , коллектор. Включаются в схему при помощи омических контактов(R=lS). Между эмитором и базой прикладывается напряжение в прямом направлении, а между базой и коллектором напряжение в обратном направлении. Усиленное U_вх подаётся через R_вх а усиленное U_вых снимается с выходного сопротивления. Протекание тока внутри эммитора обусловлено движением дырок под действием внешнего поля дырки движутся к 1-ому Pn переходу, т.к переход открыт они спокойно проникают в область базы, т.к база является полупроводником n-типа, то часть дырок рекомбенируется с электронами , ток можно считать постоянным, т.к число рекомбинаций в области базы не значительно.Дырки приходят к проводнику nP-типа, он является запертым(обладает большим сопротивлением), однако это касается только основных носителей тока(электронов в базе и дырок в коллекторе)Т.к R_вх определяемое сопротивлением 1-го Pn-перехода незначительно, а R_вых определяемое сопротивлением запертого перехода большое, а ток эмитор-коллектор постоянный, то происходит усиление мощности. Мощность на входе I² R_вх на выходе I² R_вых, т.к R_вх<< I² R_вых усиление мощности достигает 10⁴ 10⁵ , также идёт усиление напряжённости.Применение:Кроме диодов и транзисторов широкое применение получили большие интегралные схемы и сверхбольшие интегральные схемы.Интегральные схемы-сложное многоэлементное устройство созданное с помощью специальных технологий в кристаллах полупроводников и включает в себя диоды, транзисторы. Поверхностная плотность размещения этих элементов достигает нескольких десятков млн. на см² полупроводника. Применяются также при изготовлении солнечных батарей в этом случае при попадании света на Pn-переход солнечный элемент образует электронно-дырочные пары, которые разделяются контактной разностью потенциалов Pn перехода создавая большую разность потенциалов, чем обычный Pn-переход(достигает 15%) Соединяя Pn-переход последовательно можно получить значительные токи и напряжение.Термисторы - чувствительные датчики t . Их работа зависит от сильной зависимости электрической проводимости проводников от t.С=С₀*е^-Е/кТ Е-энергия активации. К-постоянная Больцмана Полупроводники, инжекционные лазеры (электролазер Алфёрова)

80. фотопроводимость полупроводников-это увеличение электропроводимости полупроводников под действием э-м излучения. Это излучение определяется как свойствами основного вещества так и содержанием в нём примесей(собственная и примесная фотопроводимость)Собственная фотопроводимостьЕсли энергия фотона >= ширины запрещённой зоны электроны поглатившие такой фотон могут быть переброшены из валентной зоны в зону проводимости, что приведёт к появлению в зоне проводимости свободных электронов и дырок в валентной зоне. Собственная проводимость фотопроводимости обусловлена проводимостью электронов и дырок.Примесная полупроводимостьЕсли полупроводник содержит примеси, то фотопроводимость возникает при энергии h<ширины запрещённой зоны, если имеется донорная примесь, которая располагается у дна зоны проводимости под действием h возможен переход электрона из донорного уровня в зону проводимости h>=E_D Для фотопроводимости сущ. Красная граница-это max длина волны при которой ещё возможна фотопровдимость.=hc/E