ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА

(часть первая)

Электронно-дырочные и металлополупроводниковые переходы Движение электронов в

_{электрических и магнитных полях}

1) Движение электронов в ускоряющем электрическом поле

2) Движение электрона в тормозящем электрическом поле

3) Движение электрона в поперечном электрическом поле

4) Движение электрона в магнитных полях

_{5) Зонная энергетическая диаграмма}

е = 1,6∙10^-19 Кл m = 9,1∙10^-31 кг

Const

1) Движение электронов в ускоряющем электрическом поле. Рассмотрим однородное электрическое поле с напряжённостью Е=U/d.

U

+

_F

d

 ₀

-

_-

_{Рис. 1}

На единичный положительный заряд, помещённый в электрическое поле, действует сила, рав- ная по величине напряжённости этого поля.

F = E – для единичного положительного заряда.

F = - e ∙ E – для электрона.

Знак «-» показывает, что сила действующая на электрон, направлена против линии напряжён- ности электрического поля. Под действием данной силы электрон будет двигаться равноуско- ренно и приобретёт максимальную скорость в конце пути. Поле, линии напряжённости кото-

рого направлены навстречу вектору начальной скорости электрона ₀, называется ускоряю- щим электрическим полем. Определим максимальную скорость электрона. Работа по переме- щению электрона из одной точки поля в другую равна произведению заряда электрона на раз- ность потенциалов между этими точками.

A = e ∙ U

Данная работа затрачивается на сообщение электрону кинетической энергии.

₂

Wк 

_е^{m }0 ^ _,

₂

где  – конечная скорость электрона. Будем считать, что _ = 0

A = Wк,

2

_{eU } ^{m ,}

_

₂

_ ^{2 e}_U ^,

^m

_{так как e и m - константы, то}

_600

_{U .}

Из последней формулы видно, что скорость электрона в электрическом поле определяется только величиной напряжения между двумя точками поля, и поэтому скорость электрона ино- гда характеризуют этим напряжением.

2) Движение электрона в тормозящем электрическом поле.

U

^F ₊

-

d

_{ 0}

-

Рис. 2

Под действием силы F электрон будет двигаться равнозамедленно, в какой-то точке поля он остановится и начнёт двигаться в обратном направлении. Электрическое поле, линии напряжённости которого совпадают по направлению с вектором начальной скорости электро- на, называется тормозящим электрическим полем.

3) Движение электрона в поперечном электрическом поле.

Поперечным электрическим полем называется поле, линии напряжённости которого перпен-

_{дикулярны вектору начальной скорости электрона.}

U

+ F

d

^ ₀

-

_-

Рис. 3

За счёт действия силы F возникает вертикальная составляющая скорости электрона, которая будет всё время увеличиваться. Начальная скорость ₀ остаётся постоянной, в результате чего траектория движения электрона будет представлять собой параболу. При вылете электрона за пределы действия поля он будет двигаться по прямой.

4) Движение электрона в магнитных полях.

F = B∙e∙₀∙sinα – сила Лоренца. При α = 90⁰ получим sinα = 1.

При α = 90⁰ траектория будет представлять собой дугу окружности.

_S

B

_-

_{ 0}

^{Fл S}

B

 ₀

_N

-

_N

Рис. 4

_{Рис. 5}

Когда α ≠ 90⁰, вектор скорости электрона можно разложить на две составляющие – попереч- ную и продольную относительно направления магнитных силовых линий (рис. 5). Под дей- ствием поперечной составляющей электрон будет двигаться по окружности, а под действием продольной составляющей - двигаться поступательно. В результате траектория будет пред- ставлять собой спираль.

5) Зонная энергетическая диаграмма.

У проводников большое количество свободных электронов, у диэлектриков валентные элек-

троны удерживаются ковалентными связями, у полупроводников структура как у диэлектри- ков, но ковалентные связи значительно слабее. Достаточно сравнительно небольшого количе- ства энергии, получаемой из внешней среды (температура, освещённость, сильное электриче- ское поле) чтобы электроны полупроводника разорвали ковалентные связи и стали свободны- ми.

Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, удерживаемого ковалентной связью, называется зоной валентности, или валентной зоной.

Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, разорвавшего ковалентную связь и ставшего свободным, называется зоной проводимости.

Графическое изображение этих энергетических зон называется зонной энергетической диаграммой.

Зона проводимости

 W=Wп-Wв Запрещённая зона

Зона валентности

_W ^{Для полупроводников}

_Wп

_Wв

Рис. 6

Для того, чтобы электрон смог разорвать ковалентную связь и стать свободным, он должен получить энергию, большую ширины запрещённой зоны.

_W Для диэлектриков

_{Зона проводимости}

Wп

_W Д ля пр о в о дник о в

 W=Wп-Wв ^{W в}

_{Запрещённая зона} ^{W п}

_Wв

Зона валентности

_{Рис. 7}

З о на пр о в о д им о с ти

З о на в а ле нтно с ти

Р ис . 8

_{Электропроводность полупроводников}