Содержание
- 2. Зонная теория твёрдых тел. Образование зон Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории Проводимость
- 3. Рассмотрим объединение N атомов в кристалл Все N атомов имеют одинаковый набор дискретных энергетических уровней При
- 4. Расщепление обусловлено принципом Паули: в объединённой системе не может быть двух электронов в одинаковом состоянии В
- 5. Валентной зоной называется зона, получившаяся из последнего занятого уровня изолированного атома Из-за очень большого числа атомов
- 6. Металлы, диэлектрики и полупроводники Зонная теория позволяет объяснить с единой точки зрения существование металлов, полупроводников и
- 7. Полупроводники Диэлектрики
- 8. Собственная проводимость полупроводников При T>0 электроны с верхних уровней валентной зоны переходят на нижние уровни зоны
- 9. Дырка перемещается, когда перемещаются электроны В собственном полупроводнике действует два механизма проводимости: дырочный и электронный Концентрация
- 10. В полупроводнике существует динамическое равновесие между двумя процессами: Генерация свободных электронов и дырок под действием теплового
- 11. Зависимость проводимости полупроводников от температуры Распределение электронов описывается функцией Ферми-Дирака: μ=EF – энергия Ферми (энергия уровня,
- 12. При обычных (комнатных) температурах энергия теплового возбуждения много меньше ширины ΔЕ запрещённой зоны (ΔЕ~1 эВ): kT
- 13. Зависимость проводимости полупроводников от температуры kT
- 14. Зависимость проводимости Полупроводников от температуры Концентрация nn свободных электронов в зоне проводимости пропорциональна функции распределения f
- 15. Зависимость проводимости полупроводников от температуры Ток в чистом полупроводнике складывается из тока электронов и дырок Удельная
- 16. Зависимость проводимости полупроводников от температуры Сопротивление полупроводника с повышением температуры сильно уменьшается за счёт увеличения концентрации
- 17. Сильная температурная зависимость сопротивления полупроводников используется в термисторах – полупроводниковых приборах для измерения температуры Преимущества :
- 18. Примесная проводимость Добавка в полупроводник примеси в 0.01% увеличивает приводимость полупроводника в ~106 раз Это –
- 19. Донорные полупроводники (n-тип) Валентность примеси больше, чем основного материала В 4-валентный германий добавили 5-валентный мышьяк Пример:
- 20. Донорные полупроводники (n-тип) Из-за атомов примеси энергетические уровни изменяются: возникает примесный (донорный) уровень в запрещённой зоне
- 21. Акцепторные полупроводники (p-тип) Валентность примеси меньше, чем основного материала Для образования четвёртой связи захватывается электрон, образовавшийся
- 22. Акцепторные полупроводники (p-тип) Дополнительный акцепторный уровень (пустой) образуется в запрещённой зоне вблизи валентной зоны
- 23. Примесная проводимость Энергия активации примесных уровней много меньше ширины запрещённой зоны: При низких температурах электроны легче
- 24. Примесная проводимость При низких температурах уровень Ферми почти совпадает с примесным уровнем При высоких Т примесный
- 25. Проводимость полупроводников При низких температурах преобладает примесная проводимость, при высоких - собственная
- 26. Фотопроводимость Фотоэффект будет наблюдаться только в том случае, если энергии фотона хватит на переход электрона в
- 27. Фотопроводимость Красная граница фотоэффекта для собственных полупроводников лежит в инфракрасной области спектра : при ΔE~1 эВ
- 28. Фотопроводимость Примесные: Для германия энергия активации всех примесей примерно одинакова, порядка 0.01 эВ, и красная граница
- 29. Высокая чувствительность Безинерционность (постоянная времени ~10-3÷10-8 с) Малые размеры Работают в далёкой ИК-области Явление фотопроводимости используется
- 30. Контактные явления в полупроводниках: р-n-переход Электроны из n-области переходят в p-область и рекомбинируют с дырками В
- 31. Уровни Ферми выравниваются за счёт перехода электронов с более высоких занятых уровней n-полупроводника на более низкие
- 32. Внешнее поле уменьшает потенциальный барьер и способствует диффузии основных носителей тока Ток идёт за счёт основных
- 33. Основные носители оттягиваются на полюса источника тока, толщина запирающего слоя увеличивается Внешнее поле направлено так же
- 34. Односторонняя проводимость p-n-перехода используется во многих приборах Простейший из них – диод, используется для выпрямления переменного
- 35. Вентильный фотоэффект В основе работы – внутренний фотоэффект Под действием света в запирающем слое p-n-перехода генерируются
- 36. Вентильный фотоэффект Световая энергия в солнечных батареях непосредственно преобразуется в электрическую Преимущества: экологическая чистота; возобновляемый альтернативный
- 37. Светодиод – ещё один прибор на основе p-n-перехода Принцип работы – обратный вентильному фотоэффекту: если через
- 38. Светодиод Величина энергии квантов зависит от ширины запрещенной зоны При ширине запрещенной зоны от 1,7 до
- 39. Светодиод Свет светодиода не монохроматичен, зависит от состава полупроводника Для получения белого света используют смешивание цветов
- 40. Недостатки: дороговизна узкий спектральный диапазон света (это плохо при использовании светодиодов для освещения) ток необходимо стабилизировать
- 41. По типу чередования дырочной и электронной проводимостей: Транзистор Транзистор – кристалл с двумя p-n-переходами база коллектор
- 42. Транзистор n-p-n-типа
- 43. Транзистор работает как усилитель
- 44. Транзистор как усилитель Даже при малых изменениях напряжения на эмиттере ток в цепи коллектора будет сильно
- 45. P-n-переход – основной структурный элемент большинства приборов для нелинейного преобразования электрических сигналов в различных устройствах электронной
- 46. Качественно новым этапом электронной техники явилось развитие микроэлектроники, которая занимается разработкой интегральных микросхем Они состоят из
- 47. Применение микросхем привело к революционным изменениям во многих областях современной электронной техники Это особенно ярко проявилось
- 48. Работа выхода электрона из металла – – это минимальная энергия, которую должен затратить электрон, чтобы выйти
- 49. При выходе из металла электроны должны преодолеть потенциальный барьер на границе металл-вакуум Его высота равна работе
- 50. Термоэлектронная эмиссия Даже при комнатной температуре часть электронов имеют энергию, достаточную, чтобы покинуть металл С повышением
- 51. Термоэлектронная эмиссия Явление термоэлектронной эмиссии используется в вакуумных лампах Простейшая из них – диод Она содержит
- 52. Термоэлектронная эмиссия температуру T катода можно менять реостатом Напряжение Uа между катодом и анодом можно менять
- 53. Вольтамперная характеристика диода
- 54. закон Ричардсона-Дешмена закон Богуславского-Ленгмюра:
- 55. Если два различных металла привести в соприкосновение, между ними возникнет контактная разность потенциалов контактная разность потенциалов
- 56. Контактная разность потенциалов При соприкосновении металлов уровни Ферми выравниваются Электроны первого металла переходят с выше лежащих
- 57. Контактная разность потенциалов Уровни перестраиваются Потенциальная энергия электрона в первом металле уменьшится, во втором – увеличится
- 58. Энергия электрона в непосредственной близости от поверхности первого металла будет ниже, чем вблизи второго; эта разность
- 59. Между внутренними точками металлов тоже установится внутренняя контактная разность потенциалов, обусловленная разностью энергий Ферми металлов Внутренняя
- 60. Возникновение внутренней разности потенциалов обусловлено разницей концентраций электронов в металлах Внутренняя контактная разность потенциалов Разница в
- 61. Внутренняя контактная разность потенциалов
- 62. Полная контактная разность потенциалов равна сумме внешней и внутренней Контактная разность потенциалов
- 63. Если составить замкнутую цепочку из нескольких разнородных металлов 1, 2 и 3, то разность потенциалов между
- 64. Если цепь из разнородных металлов замкнуть, то при одинаковой температуре контактов тока не будет, так как
- 65. Термоэлектрические явления (эффект Зеебека) Термоэлектрический эффект (явление Зеебека) – это возникновение тока в замкнутой цепи, составленной
- 66. Термоэлектрические явления (эффект Зеебека) Рассмотрим однородный проводник, вдоль которого есть градиент температуры
- 67. Термоэлектрические явления (эффект Зеебека) Внутри проводника возникает электрическое поле, напряжённость которого в первом приближении пропорциональна градиенту
- 68. Термоэлектрические явления (эффект Зеебека) Термоэлектрический эффект используется в термопарах (термоэлементах) для точных измерений температуры Термопара –
- 69. Эффект Пельтье При прохождении тока через контакт двух разнородных проводников, помимо теплоты Джоуля-Ленца, выделяется (или поглощается
- 71. Скачать презентацию