Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет.

Кафедра Микроэлектроники.

Отчёт по лабораторной работе № 2.

Выполнил: Комиссаров с.С. Гр. 9221

2000 г.

Исследование Электрических свойств полупроводниковых материалов.

Основные понятия и определения.

Полупроводниковыми называют материалы, основной особен­ностью которых является сильная зависимость удельной проводимос­ти от внешних энергетических воздействий, а также от содержания и вида примесей.

В полупроводниках, как и в металлах, электрический ток связан с дрейфом носителей заряда в электрическом поле. Однако, если в металлах наличие свободных электронов обусловлено самой природой металлической связи, в полупроводниках, для которых характерна ковалентная связь, появление носителей заряда возможно лишь при разрыве собственных валентных связей, либо при иониза­ции примесных атомов. Необходимые для этого энергетические зат­раты количественно выражают шириной запрещенной зоны W и энер­гией ионизации примесей W_пр. Поскольку энергии электрического поля для осуществления таких процессов оказывается недостаточно, требуется более сильное энергетическое воздействие, например нагревание полупроводника. При тепловом возбуждении происходит увеличение концентрации носителей заряда. В результате увеличе­ния концентрации носителей возрастает удельная проводимость по­лупроводника.

В общем случае удельная проводимость =en, где е - заряд носителя; n и  - концентрация и подвижность носителей заряда соответственно. В полупроводниках с температурой изменяется как концентрация, так и подвижность носителей.

Зависимость концентрации носителей заряда от температуры для невырожденного полупроводника n-типа показана на рис.1. На нем можно выде­лить три харак­терных участка. При низких тем­пературах донорные уровни в полупроводнике заполнены элек­тронами. С ростом температуры электроны с донорных уровней начинают пере­ходить в зону проводимости, увеличивая концентрацию носителей заряда (участок I). Концентрация носителей заряда на этом участке определяется выражением: , где N_c Эффективная плотность состояний в зоне проводимости, энергия которых приведена ко дну зоны проводимости; N_D - концен­трация доноров; W_D - энергия ионизации доноров; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура. Из выражения следует, чти наклон прямой на участке I характери­зует энергию ионизации примеси. Участок I называют областью примесной электропроводности. При дальнейшем нагревании полупровод­ника достигается температура Т₁, при которой все электроны с донорных уровней оказываются переброшенными в зону проводимости, т.е. все доноры ионизованы. Дальнейшего роста концентрации носи­телей заряда с ростом температуры наблюдаться не будет, посколь­ку тепловая энергия еще не достаточна для того, чтобы перебро­сить электрон из валентной зоны в зону проводимости, т.е. веро­ятность ионизации собственных атомов полупроводника еще очень мала. Участок II называют областью истощения примесей. При тем­пературе выше Т₂ температурная зависимость проводимости полупро­водника определяется переходами электронов из валентной зоны че­рез запрещенную зону в зону проводимости. Участок III называют областью собственной электропроводности. Концентрация носителей заряда в этой области определяется выражением: , где N_V - эффективная плотность состояний в валентной зоне; W - ширина запрещенной зоны. Из выражения следует, что наклон прямой на участке III определяет ширину запрещенной зоны полупроводника.

Зависимость подвижности носителей заряда от температуры имеет более слабый характер по сравнению с температурной зависи­мостью концентрации, поэтому общий вид зависимости удельной про­водимости полупроводника от температуры определяется в основном температурной зависимостью концентрации носителей заряда.