Химия - Полупроводник - Собственная плотность

01 марта 2011


Оглавление:
1. Полупроводник
2. Механизм электрической проводимости полупроводников
3. Собственная плотность
4. Использование полупроводников в радиотехнике
5. Типы полупроводников в периодической системе элементов
6. Физические свойства и применение
7. Методы получения
8. Список полупроводников



При термодинамическом равновесии, плотность электронов полупроводника связана с температурой следующим соотношением:
\bar n=\frac{2}{h^3}^{3/2}e^{-\frac{E_C-E_F}{kT}}
где:

h: Постоянная Планка
m: масса электрона
T: температура
EC:Уровень проводимой зоны
EF:Уровень Ферми

Также, плотность дырок полупроводника связана с температурой следующим соотношением:
\bar p=\frac{2}{h^3}^{3/2}e^{-\frac{E_F-E_V}{kT}}
где:

h: Постоянная Планка
m: масса дырки
T: температура
EF:Уровень Ферми
EV:Уровень валентной зоны

Собственная плотность n_i\, связана с \bar n и \bar p следующим соотношением:

\bar n \bar p=n_i^2

Виды полупроводников

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:

\sigma = \frac{1}{\rho} = q

где ρ удельное сопротивление, μn — подвижность электронов, μp — подвижность дырок, Nn,p — их концентрация, q — элементарный электрический заряд.

Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид:

\sigma = \frac{1}{\rho}= qN

Примесная проводимость

Для создания полупроводниковых механизмов используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.

По виду проводимости

Электронные полупроводники

Полупроводник n-типа

Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник добавляют примесь пятивалентного полупроводника. В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.

Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:

\sigma \approx q N_{\rm n} \mu_{\rm n}

Дырочные полупроводники

Полупроводник p-типа

Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента. Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.

Проводимость P-полупроводников приблизительно равна:

\sigma \approx q N_{\rm p} \mu_{\rm p}


Просмотров: 15098


<<< Этиленвинилацетат
Антимонид галлия >>>