- •Минобрнауки России
- •Задачи проведения лекции
- •Подготовка лекций. Состав и цели
- •План проведения лекций в общем виде План проведения лекции состоит из:
- •Методика проведения занятий
- •Заключение
- •Приложение б
- •Типы диодов по назначению:
- •Типы диодов по размеру перехода:
- •Типы диодов по конструкции:
- •Приложение в
- •По структуре транзисторы делятся на:
- •Приложение г
- •Классификация полевых транзисторов.
- •Области применения полевых транзисторов.
- •Классификация полевых транзисторов:
- •Транзисторы с изолированным затвором (мдп-транзисторы):
- •Транзисторы с управляющим p-n переходом.
- •Транзисторы с изолированным затвором (мдп-транзисторы)
- •Транзисторы с управляющим p-n переходом
- •Приложение д
- •Приложение е
- •Механизм электрической проводимости полупроводников
- •Энергетические зоны
- •Подвижность
- •Виды полупроводников (слайд 2) По характеру проводимости Собственная проводимость
- •Примесная проводимость
- •По виду проводимости Электронные полупроводники (n-типа)
- •Дырочные полупроводники (р-типа)
- •Приложение ж
- •Классификация диодов Типы диодов по назначению
- •Типы диодов по размеру перехода
- •Типы диодов по конструкции
- •История
- •По основному полупроводниковому материалу
- •По структуре (слайд 7)
- •Комбинированные транзисторы
- •Классификация полевых транзисторов
- •Транзисторы с управляющим p-n переходом (слайд 9)
- •Транзисторы с изолированным затвором (мдп-транзисторы) (слайд 10)
- •Области применения полевых транзисторов
Механизм электрической проводимости полупроводников
Полупроводники характеризуются как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах атомы устанавливают ковалентные связи (то есть, один электрон в кристалле кремния, как и алмаза, связан двумя атомами), электронам необходим уровень внутренней энергии для высвобождения из атома (1,76×10−19 Дж против 11,2×10−19 Дж, чем и характеризуется отличие между полупроводниками и диэлектриками). Эта энергия появляется в них при повышении температуры (например, при комнатной температуре уровень энергии теплового движения атомов равняется 0,4×10−19 Дж), и отдельные атомы получают энергию для отрыва электрона от атома. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное сопротивление уменьшается. Условно принято считать полупроводниками элементы с энергией связи электронов меньшей чем 1,5—2 эВ. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.
Дырка
Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Это обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой. Обычно подвижность дырок в полупроводнике ниже подвижности электронов.
Энергетические зоны
Между зоной проводимости Еп и валентной зоной Ев расположена зона запрещённых значений энергии электронов Ез. Разность Еп−Ев равна ширине запрещенной зоны Ез. С ростом ширины Ез число электронно-дырочных пар и проводимость собственного полупроводника уменьшается, а удельное сопротивление возрастает.
Подвижность
Подвижность электронов (верхняя кривая) и дырок (нижняя кривая) в кремнии в зависимости от концентрации атомов примеси
Подвижностью μ называют коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей тока и величиной приложенного электрического поля
Подвижность электронов и дырок зависит от их концентрации в полупроводнике (см. рисунок). При большой концентрации носителей заряда, вероятность столкновения между ними вырастает, что приводит к уменьшению подвижности и проводимости.
Виды полупроводников (слайд 2) По характеру проводимости Собственная проводимость
Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».
Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:
где ρ - удельное сопротивление, μn — подвижность электронов, μp — подвижность дырок, Nn,p — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602×10−19 Кл).
Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид: