En vezetőképesség félvezető
Semiconductors úgynevezett osztályú anyagok (szilárd), amelyben teljesen által elfoglalt elektronok, a vegyérték szalag elválik a vezetési sáv a keskeny (a sorrendben 1 eV) bandgap. Az elektromos vezetőképesség kisebb az elektromos vezetőképesség a fémek, de a legtöbb elektromos vezetőképesség dielektrikumok.
Arra utal, hogy félvezető elemek (Si, Ge, As, Se, Te), kémiai vegyületek (oxidok, szulfidok, szelenidek), ötvözetek elemeinek különböző csoportok.
A fő jellemzője megkülönbözteti félvezetők, mint egy különleges besorolású anyagok erősen befolyásolja a hőmérséklet és a szennyező anyagok koncentrációja a saját elektromos vezetőképesség.
Megkülönböztetni a saját és a tisztátalanság félvezetők. A vezetőképesség tiszta félvezetők (amelyekben egyáltalán nincs szennyeződés) nevezzük intrinsic vezetőképesség.
Intrinsic félvezetők germánium és szilícium. Molekuláris szilícium szerkezet ábrán látható. 8,8, ahol:
- a mag és a belső elektron héjak;
- lyuk üresedés a kommunikáció hiánya;
- vegyérték elektronok, amely kovalens kötés kialakítására.
A germánium és szilícium - ugyanaz a kristályrács: minden egyes atom körül négy atom található a csúcsai egy szabályos tetraéder. A külső héj az atom négy vegyérték elektronok, így minden atom képezi négy kovalens kötés a négy legközelebbi szomszédai azt.
Ábra. 8.9 azt az energiát mutatja az elektronok a félvezető szerkezetet. A T = 0 minden szintjén a vegyérték sáv foglalt, és a Fermi szintet rejlik a tiltott sávban, amely elválasztja a vezetési sávban. Ebben az esetben, a vezetési elektronok nincsenek jelen. A félvezetők, azzal jellemezve, hogy a szélessége a tiltott sávban legfeljebb 10 kT. Szobahőmérsékleten ²razmytost² Fermi-Dirac funkció felülbírálja. és a valószínűsége átmenet az elektronok a vegyértéksáv a vezetési sávban nem egyenlő 0.
Így egy félvezető (amely csoportot megkülönbözteti őket a dielektrikum) viszonylag kicsi energia hatások által okozott vagy besugárzás okozhat némi szétválasztása elektronok atomjaik. Ez a mechanizmus a médiaoktatás tiszta félvezetők.
A hőmérséklet T = 0 K, és nincs más külső tényezők intrinsic félvezető viselkednek szigetelők. Ahogy a hőmérséklet emelkedik, az elektronok a felső szint a vegyérték sáv tudja mozgatni, hogy az alacsonyabb szintek a vezetési sáv. Ha egy elektromos mező, az elektronok keveredik ellen a területen. A félvezető, elektromos áram jelenik meg. A vezetőképesség intrinsic félvezetők miatt elektronok, az úgynevezett elektron vezetőképesség vagy vezetőképes n - típusú.
Mivel a hőátadás az elektronok vegyértékelektronját merülnek betöltetlen állapotban, az úgynevezett lyukak. Egy külső villamos tér az elektronok felszabaduló egy hely, egy lyuk mozoghat egy elektront egy szomszédos réteg, és a lyuk jelenik meg azon a helyen, a bal egy elektron, stb Egy ilyen eljárás a töltés a lyukak egyenértékű a lyukakat mozgó elektronok az ellentétes irányba elektron mozgását. Tény, hogy nem mozog a lyukba. A vezetőképesség intrinsic félvezetők, mivel a lyukak (quasiparticles) nevezzük a lyuk vezetőképesség vagy vezetőképességének p - típusú.
Így a belső félvezetők két vezetési mechanizmusok: elektron és lyuk. Az elektronok száma a vezetési sávban egyenlő a lyukak száma a vegyérték sáv. Ezért, ha a koncentráció a vezetési elektronok és lyukak rendre ne és np. majd NE = np.
A vezetőképesség intrinsic félvezetők mindig izgatott, azaz Úgy tűnik, csak a fellépés a külső tényezők (hőmérséklet-emelkedés, a besugárzás erős elektromos mezők, stb).
A belső félvezető, a Fermi szint a közepén a sávú. Az átmeneti elektron a vegyérték sáv felső szintű az alsó szinten a vezetési sáv töltött aktiválási energia egyenlő a sávú E, ami lyukakat a vegyérték sáv. A fordított energia megjelenése pár hordozókat kell osztani két egyenlő részre. Következésképpen a referenciapontot mindegyik eljárásnak kell lennie közepén a bandgap. A Fermi energia az intrinsic félvezető az az energia, amely gerjeszti az elektronok és a lyukak történik.
A szilárdtest-fizikai bizonyított, hogy a koncentrációja az elektronok a vezetési sávban
ahol W2 - az energia megfelelő az alján a vezetési sáv;
WF - Fermi energia;
T - termodinamikai hőmérséklet;
C1 - állandó a hőmérséklettől függően, és a vezetőképesség hatékony elektron tömege.
Megjegyzés. Effektív tömeg - mennyiség, amelynek dimenziója tömeg. Ez jellemzi a dinamikus tulajdonságait vezetési elektronok és lyukak. Figyelembe veszi a hatása a vezetési elektronok, nem csak a külső területen, hanem a belső időszakos kristálytér, úgy vélik, hogy a mozgást a külső területen, mint a mozgás a szabad részecskék figyelembevétele nélkül a kölcsönhatás a vezetési elektronok a rács.
A koncentráció a lyukak a vegyérték sáv
ahol C2 - állandó a hőmérséklettől függően, és az effektív tömegét a lyukak;
W1 - energia, amely a legmagasabb a vegyérték sáv. A gerjesztési energia ebben az esetben mérjük lefelé a Fermi szint, így az értékeket az exponenciális tényező eltérő.
Szerint, hogy az NE = np. van
Ha az effektív tömegek az elektronok és a lyukak egyenlő, akkor ezen a hőmérsékleten C1 = C2, és ebből következően
Így a Fermi szint belső félvezető valóban közepén helyezkedik el a zenekar rés.
Mivel a belső félvezetők DW >> kT, a Fermi-Dirac eloszlás
ahol
m - a kémiai potenciál.
Ilyen körülmények között, a Fermi-Dirac eloszlás belép a Maxwell-Boltzmann-eloszlás:
Így van:
Cseréje, a képletben (8,23) (W - WF) = DW / 2, megkapjuk
Mivel az elektronok száma halad át a vezetési sávban, és így a lyukak száma képződött arányosan
ahol go - állandó jellemzője a félvezető.
Az elektromos ellenállás félvezetők
Növelése vezetőképessége félvezetők hőmérséklet növelésével, mert a hőmérséklet emelkedik félvezetők növeli az elektronok száma, amelyek a termikus gerjesztés a vezetési sávba, és részt vesznek a vezetés.
A félvezetők, amellett, hogy a termelési folyamat az elektronok és a lyukak, képes feldolgozni a rekombináció. Az elektronok átléphet a vezetési sáv a vegyérték sáv, amely egy rács felesleges energia által elektromágneses sugárzást kvantumokat. Ennek eredményeként, az egyes hőmérséklet, egy végleges egyensúlyi koncentrációja elektronok és a lyukak, a hőmérséklettől függően.
A rekombináció aránya, tehát száma eltűnő egységnyi idő elektron-lyuk párok, tulajdonságai határozzák meg a félvezető; Ezen túlmenően, ez arányos a koncentrációt az elektronok és a lyukak, mivel a nagyobb a vivők száma, annál nagyobb a valószínűsége a találkozó láncvégű rekombináció. Így, az arány a rekombinációs
Azonban, a lyukak száma az ideális kristályrácsban intrinsic félvezető számával megegyező szabad elektronok. ezért
ahol - rekombináció együttható tulajdonságai határozzák meg a félvezető.
generáló ráta (száma felszabaduló időegységenként az elektron-lyuk párok) függ a hőmérséklet a félvezető és a szélessége annak tiltott sávban.
dinamikus egyensúly áll fenn állandósult állapotban: a keletkezési sebessége egyenlő a rekombináció üteme, így
Általános képlet szerint (8.29) meg tudja határozni a számát szabad elektronok a félvezető. Például, szobahőmérsékleten, száma szabad elektronok a germánium. szilícium -.