Элементы квантовой статистики и физики твёрдого тела. Лекция № 6. Часть 1

План лекции

Зонная теория твёрдого тела.
Собственная проводимость полупроводников.
Примесная проводимость полупроводников.
Фотопроводимость полупроводников.
Контактные явления

Понятие о зонной теории проводимости

Классическая теория проводимости не смогла объяснить

Уровень энергии электрона в атоме расщепляется на ряд близко расположенных

В зависимости от распределения электронов вещества делятся на три класса:
а)

Электроны, находящиеся в составе атома, образуют валентную зону, свободные электроны –

Собственными полупроводниками, называют полупроводники, кристаллическая решетка которых в идеальном случае не

Если валентность атомов равна четырем, то вокруг каждого из атомов, помимо

Энергетические расстояния между уровнями зоны в реальных случаях не превышают 10-17 эВ
(разрешенные зоны

Собственная проводимость полупроводников

Электропроводность химически чистых п/п называется
собственной проводимостью
Примеры:
Ge, Se, Si.

Проводимость полупроводников
Изменение электропроводности может быть связано с изменением концентрации носителей заряда

Проводимость полупроводников

В полупроводниках, в которых отсутствуют дефекты и примеси с ростом

Зависимость электропроводности нелегированных материалов от температуры

логарифм проводимости
линейно зависит от

Удельная электропроводность полупроводников

Удельная электропроводность
полупроводников с ростом температуры
растёт по экспоненциальному

Объяснение с точки зрения зонной теории

С ростом температуры растёт число электронов,

Зависимость удельного сопротивления чистого полупроводника от температуры
с понижением температуры сопротивление

Электронная проводимость полупроводников

Электронная проводимость
в кристалл с четырехвалентными атомами
введены пятивалентные атомы

Донорная примесь

Примесь из атомов с валентностью, превышающей валентность основных атомов полупроводникового

Проводимость, обусловленная свободными электронами, называется электронной, а полупроводник, обладающий электронной проводимостью

Схема образования свободного электрона и заряженного донорного атома
при легировании Si

Дырочная проводимость полупроводников

Дырочная проводимость возникнет при введении
в кристалл Ge трехвалентного атома

Акцепторы

Элементы III группы – акцепторы – имеют 3 валентных электрона, которые

Схема образования свободной дырки и заряженного акцепторного атома
при легировании Si

Энергия такого перехода невелика, поэтому энергетический уровень принимающего (акцепторного) электрона расположен

Примесь атомов, способных захватывать электроны, называется акцепторной.
В результате введения акцепторной

Концентрация дырок в полупроводнике с акцепторной примесью значительно превышает концентрацию электронов,

Электронно - дырочные пары

Парно-электронные связи в кристалле германия и образование электронно-дырочной

Энергетическая диаграмма полупроводника, содержащего донорные примеси

Энергетическая диаграмма полупроводника, содержащего акцепторные примеси

Электронно-дырочный переход
это область контакта двух полупроводников с разными типами проводимости.
n–p -

При контакте двух полупроводников n- и p-типов начинается процесс диффузии:
дырки

Таким образом, на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, поле которого

Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (запирающий слой) обычно

Образование запирающего слоя при контакте полупроводников p- и n-типов

Если полупроводник с
подключен к источнику тока так, что положительный полюс соединен

Дырки в p - области и электроны в n- области
будут

незначительный обратный ток обусловлен только
собственной проводимостью полупроводниковых
материалов, т. е.

Если n – p - переход соединить с источником так,
чтобы

Дырки из p - области и электроны из n-области, двигаясь навстречу

Вольт- амперная характеристика кремниевого диода

Способность n–p-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в

Транзисторы

Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя n–p - переходами

Транзистор структуры p–n–p

На рис. показано включение в цепь транзистора p–n–p-структуры. Переход «эмиттер–база» включается

Пока цепь эмиттера разомкнута, ток в цепи коллектора очень мал, так

При замыкании цепи эмиттера дырки – основные носители заряда в эмиттере

Большая часть дырок захватывается полем этого перехода и проникает в коллектор,

Включение в цепь транзистора p–n–p-структуры

Если в цепь эмиттера включен источник переменного напряжения (рис.), то на

Транзистор структуры n–p–n

Полупроводниковые приборы

В настоящее время полупроводниковые приборы находят исключительно широкое применение в радиоэлектронике.

Качественно новым этапом электронной техники явилось развитие микроэлектроники, которая занимается разработкой

Интегральной микросхемой называют совокупность большого числа взаимосвязанных элементов – сверхмалых диодов,

Полупроводниковые приборы

Фотопроводимость

Фотопроводимость — явление изменения электропроводности вещества при освещении.
Она свойственна для полупроводников.

Физическая природа

В полупроводнике с примесями поглощение фотона может сопровождаться переходом из расположенного

Условием высокой фотопроводимости является также большой коэффициент поглощения света.

Явление фотопроводимости используется в фотоэлементах, важнейшей составной частью которых являются фоторезисторы.

Фотоэлемент

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию.
Сканер

Солнечно-ветровая энергоустановка

Приборы ночного видения

Очки ночного видения Dedal DVS-8

Приборы ночного видения

Умелец из США изобрел
мото - прибор ночного видения"

Приборы ночного видения

Приборы ночного видения ТВН-5, ТВН-5Л предназначены для обеспечения вождения