Розділ Напівпровідникові прилади та їх використання в обчислювальній техніці
жүктеу/скачать 171 Kb.
|
розділ 2
- Бұл бет үшін навигация:
- 2.2. Власна провідність напівпровідників
|
Розділ 2. Напівпровідникові прилади та їх використання в обчислювальній техніці 2.1. Елементи зонної теорії напівпровідників Різні речовини по різному проводять електричний струм. Так, для багатьох металів (алюміній, мідь, залізо, тощо) питомий опір при кімнатній температурі не перевищує 10-7Омм. Речовини з таким питомим опором прийнято називати провідниками. Навпаки, такі речовини як скло, фарфор, парафін тощо практично не проводять електричний струм. Їх питомий опір становить 1012 - 1014Омм. Такі речовини називаються ізоляторами. Поряд із провідниками та ізоляторами існує також цілий клас речовин, які називаються напівпровідниками. Їх питомий опір вищий, ніж у металів, але нижчий, ніж у ізоляторів, і перебуває в широких межах – від 10-5 до 106 Омм. Експериментальні дослідження показують, що в широкому діапазоні температур для провідників справедливі співвідношення для опору R і питомого опору і , (1) де і – опір і питомий опір при температурі , – температурний коефіцієнт опору, t – температура по шкалі Цельсія. Залежність питомого опору від температури t : ростом температури питомий опір чистих металів зростає. В той же час для напівпровідникових речовин питомий опір з ростом температури зменшується Отже для металів приймає додатні значення, а для напівпровідників – від’ємні. Різниця в знаках температурного коефіцієнту опору металів і напівпровідників не єдина їх відмінність. Досліди показують, що в металах струм переноситься негативними зарядами – електронами, тоді як в напівпровідниках струм створюється в загальному випадку рухом як негативних, так і позитивних зарядів. 2.2. Власна провідність напівпровідників Появу носіїв струму в напівпровідниках пояснимо, використавши плоску модель кристалічної решітки чистого (бездомішкового) напівпровідника, наприклад, Ge (рис. 2.6). Такий напівпровідник має тетраедричну кристалічну структуру, при якій кожен атом оточений чотирма сусідніми. Зв’язок між сусідніми атомами забезпечується двома валентними електронами з протилежними спінами (ковалентний зв’язок). При Т = 0 всі валентні електрони перебувають на зв’язках, “зайвих” електронів немає, що відповідає повністю заповненій валентній зоні і порожній зоні провідності. При нагріванні кристалу деякі електрони за рахунок енергії теплового руху можуть вийти із зв’язків, стати вільними і в електричному полі напруженістю набути швидкості напрямленого руху . На звільнене вакантне місце може перейти електрон із сусіднього зв’язку, що рівнозначне рухові вакантного місця в протилежному напрямку зі швидкістю . Цей незаповнений ковалентний зв’язок отримав назву дірки (hole). Оскільки дірка рухається за полем (електрон – проти поля), то дірку слід розглядати як позитивний заряд +е. На енергетичній діаграмі теплова генерація вільних електронів і дірок зображається як перехід електрона з V-зони у C-зону (рис. 2.7) . Зрозуміло, що чим вища інтенсивність теплового збудження (чим вища температура), тим вища концентрація електронів (n) і дірок (р) у відповідних зонах. Відмітимо, що ця концентрація не перевищує, як правило, 0,1% від кількості енергетичних рівнів в зонах і визначається за формулою: . (3) електрони є носіями струму в майже порожній зоні провідності, а дірки – в майже повністю заповненій валентній зоні. Провідність бездомішкового напівпровідника називається власною. Очевидно, що у власному (бездомішковому) напівпровіднику концентрації електронів ni і дірок pi завжди однакові: ni=pi. (4) Індекс і тут позначає власну провідність. жүктеу/скачать 171 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|