Примесная проводимость

Август 12, 2022

Главная
Физика
Примесная проводимость

Содержание

2. Донорные полупроводники (n-тип) Валентность примеси больше, чем основного материала В 4-валентный германий добавили 5-валентный мышьяк Пример:
3. Донорные полупроводники (n-тип) Из-за атомов примеси энергетические уровни изменяются: возникает примесный (донорный) уровень в запрещённой зоне
4. Акцепторные полупроводники (p-тип) Валентность примеси меньше, чем основного материала Для образования четвёртой связи захватывается электрон, образовавшийся
5. Акцепторные полупроводники (p-тип) Дополнительный акцепторный уровень (пустой) образуется в запрещённой зоне вблизи валентной зоны
6. Примесная проводимость Энергия активации примесных уровней много меньше ширины запрещённой зоны: При низких температурах электроны легче
7. Примесная проводимость При низких температурах уровень Ферми почти совпадает с примесным уровнем При высоких Т примесный
8. Проводимость полупроводников При низких температурах преобладает примесная проводимость, при высоких - собственная
9. Фотопроводимость Фотоэффект будет наблюдаться только в том случае, если энергии фотона хватит на переход электрона в
10. Фотопроводимость Красная граница фотоэффекта для собственных полупроводников лежит в инфракрасной области спектра : при ΔE~1 эВ
11. Фотопроводимость Примесные: Для германия энергия активации всех примесей примерно одинакова, порядка 0.01 эВ, и красная граница
12. Высокая чувствительность Безинерционность (постоянная времени ~10-3÷10-8 с) Малые размеры Работают в далёкой ИК-области Явление фотопроводимости используется
13. Контактные явления в полупроводниках: р-n-переход Электроны из n-области переходят в p-область и рекомбинируют с дырками В
14. Внешнее поле уменьшает потенциальный барьер и способствует диффузии основных носителей тока Ток идёт за счёт основных
15. Основные носители оттягиваются на полюса источника тока, толщина запирающего слоя увеличивается Внешнее поле направлено так же
16. Односторонняя проводимость p-n-перехода используется во многих приборах Простейший из них – диод, используется для выпрямления переменного
17. Вентильный фотоэффект В основе работы – внутренний фотоэффект Под действием света в запирающем слое p-n-перехода генерируются
18. Вентильный фотоэффект Световая энергия в солнечных батареях непосредственно преобразуется в электрическую Преимущества: экологическая чистота; возобновляемый альтернативный
19. Светодиод – ещё один прибор на основе p-n-перехода Принцип работы – обратный вентильному фотоэффекту: если через
20. Светодиод Величина энергии квантов зависит от ширины запрещенной зоны При ширине запрещенной зоны от 1,7 до
21. Светодиод Свет светодиода не монохроматичен, зависит от состава полупроводника Для получения белого света используют смешивание цветов
22. Недостатки: дороговизна узкий спектральный диапазон света (это плохо при использовании светодиодов для освещения) ток необходимо стабилизировать
23. По типу чередования дырочной и электронной проводимостей: Транзистор Транзистор – кристалл с двумя p-n-переходами база коллектор
24. Транзистор n-p-n-типа
26. Скачать презентацию

Слайд 2

Донорные полупроводники
(n-тип)
Валентность примеси больше, чем основного материала
В 4-валентный германий добавили

5-валентный мышьяк

Пример:

Атомы примеси отдают «лишние» электроны
Преимущественно электронная проводимость
Свободных электронов много
Электроны – основные носители
Неосновные носители – дырки, их существенно меньше

Слайд 3

Донорные полупроводники (n-тип)
Из-за атомов примеси энергетические уровни изменяются:
возникает примесный (донорный)

уровень в запрещённой зоне вблизи зоны проводимости

Слайд 4

Акцепторные полупроводники
(p-тип)
Валентность примеси меньше, чем основного материала
Для образования четвёртой связи

захватывается электрон,
образовавшийся при разрыве связи между двумя атомами германия
Получается дырка, а атом примеси превращается в отрицательный ион

В 4-валентный германий добавили 3-валентный индий

Пример:

Основные носители – дырки,
неосновные – электроны (их мало)
Примесь называется акцепторной

Слайд 5

Акцепторные полупроводники (p-тип)
Дополнительный акцепторный уровень (пустой) образуется в запрещённой зоне вблизи

валентной зоны

Слайд 6

Примесная проводимость
Энергия активации примесных уровней много меньше ширины запрещённой зоны:
При низких

температурах электроны легче преодолевают небольшой зазор между примесным уровнем и ближайшей разрешённой зоной
Преобладает примесная проводимость

Слайд 7

Примесная проводимость
При низких температурах уровень Ферми почти совпадает с примесным уровнем
При

высоких Т примесный уровень истощается, а электроны перебрасываются из валентной зоны в зону проводимости – преобладает собственная проводимость
Уровень Ферми перемещается к центру запрещённой зоны, как в собственных полупроводниках

Слайд 8

Проводимость полупроводников
При низких температурах преобладает примесная проводимость,
при высоких - собственная

Слайд 9

Фотопроводимость
Фотоэффект будет наблюдаться только в том случае, если энергии фотона хватит

на переход электрона в зону проводимости:

Фотопроводимость (внутренний фотоэффект) – это увеличение электропроводимости под действием электромагнитного излучения (света)

Слайд 10

Фотопроводимость
Красная граница фотоэффекта для собственных полупроводников
лежит в инфракрасной области спектра :
при

ΔE~1 эВ
λ0=1200 нм

Собственные:

Слайд 11

Фотопроводимость
Примесные:
Для германия энергия активации всех примесей примерно одинакова, порядка 0.01 эВ,

и красная граница фотоэффекта
λ0=100 мкм

Для примесных полупроводников длина волны красной границы больше, поскольку энергии для активации примесного уровня нужно меньше

Пример:

Слайд 12

Высокая чувствительность
Безинерционность (постоянная времени ~10-3÷10-8 с)
Малые размеры
Работают

в далёкой ИК-области

Явление фотопроводимости используется для создания фоторезисторов

Преимущества:

Слайд 13

Контактные явления в полупроводниках: р-n-переход
Электроны из n-области переходят в p-область и

рекомбинируют с дырками

В контактном слое происходит обеднение свободными носителями заряда (образуется запирающий слой) толщиной около 1 мкм

В запирающем слое возникает внутреннее поле p-n-перехода
Возникает контактная разность потенциалов Δφк (потенциальный барьер)

Слайд 14

Внешнее поле уменьшает потенциальный барьер и способствует диффузии основных носителей тока
Ток

идёт за счёт основных носителей, концентрация которых велика
Толщина запирающего слоя уменьшается

Прямое включение p-n-перехода

Слайд 15

Основные носители оттягиваются на полюса источника тока, толщина запирающего слоя увеличивается
Внешнее

поле направлено так же как и внутреннее, препятствует диффузии основных носителей, но способствует диффузии неосновных
Концентрация неосновных носителей мала, и обратный ток тоже мал

Обратное включение p-n-перехода

Слайд 16

Односторонняя проводимость p-n-перехода используется во многих приборах
Простейший из них – диод,

используется для выпрямления переменного тока

Вольтамперная характеристика p-n-перехода

Пробой

Слайд 17

Вентильный фотоэффект
В основе работы – внутренний фотоэффект
Под действием света в запирающем

слое p-n-перехода генерируются неравновесные носители заряда

Внутреннее поле «растаскивает» носители заряда:
дырка движется в сторону полупроводника p-типа,
а электрон – в сторону полупроводника n-типа
Возникает разность потенциалов – фото-ЭДС

Слайд 18

Вентильный фотоэффект
Световая энергия в солнечных батареях
непосредственно преобразуется
в электрическую
Преимущества:
экологическая

чистота;
возобновляемый альтернативный источник энергии, в отличие от
ископаемых – угля и газа;
можно использовать там, где нет линий электропередач, а солнечного света достаточно (в пустынях или на искусственных спутниках Земли
Недостатки солнечных батарей:
малый КПД (12÷16%)
хрупкость
дороговизна

Слайд 19

Светодиод – ещё один прибор на основе p-n-перехода
Принцип работы – обратный

вентильному фотоэффекту:
если через p-n-переход пропускать электрический ток, возникает излучение

Генерация света происходит за счет энергии, выделяемой при рекомбинации электронов и дырок на границе p- и n-областей

Светодиод

Слайд 20

Светодиод
Величина энергии квантов зависит от ширины запрещенной зоны
При ширине запрещенной зоны

от 1,7 до 3,4 эВ энергия излучаемых квантов соответствует видимому диапазону спектра с длинами волн от 700 до 400 нм
Излучаемый свет распространяется во всех направлениях. Для фокусировки излучения используется пластиковая линза

a – линза
b – светоизлучающий кристалл
d – корпус
с – теплоотвод

Слайд 21

Светодиод
Свет светодиода не монохроматичен, зависит от состава полупроводника
Для получения белого света

используют смешивание цветов по технологии RGB:
На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы
В результате получается белый свет

Слайд 22

Недостатки:
дороговизна
узкий спектральный диапазон света
(это плохо при использовании светодиодов для освещения)

ток необходимо стабилизировать (из-за крутизны характеристики)

Достоинства светодиодов:
срок службы, измеряемый десятилетиями;
работают при низком напряжении, то есть электробезопасны;
отсутствие компонентов, вредных для окружающей среды (ртуть и др.), в отличие от люминесцентных ламп;
высокая механическая прочность, вибростойкость;
моментальное включение светодиодов после подачи на них напряжения дает возможность включать и выключать их практически с неограниченно большой частотой;
новейшие достижения в технологии изготовления светодиодов позволяют получать все цвета видимого спектра;
компактность, малые размеры

Светодиод

Слайд 23

По типу чередования дырочной и электронной проводимостей:
Транзистор
Транзистор – кристалл с двумя

p-n-переходами

база

коллектор

эмиттер

Слайд 24

Примесная проводимость

Содержание

Донорные полупроводники (n-тип)Валентность примеси больше, чем основного материалаВ 4-валентный германий добавили

Донорные полупроводники (n-тип)Из-за атомов примеси энергетические уровни изменяются: возникает примесный (донорный)

Акцепторные полупроводники (p-тип)Валентность примеси меньше, чем основного материалаДля образования четвёртой связи

Акцепторные полупроводники (p-тип)Дополнительный акцепторный уровень (пустой) образуется в запрещённой зоне вблизи

Примесная проводимостьЭнергия активации примесных уровней много меньше ширины запрещённой зоны:При низких

Примесная проводимостьПри низких температурах уровень Ферми почти совпадает с примесным уровнемПри

Проводимость полупроводниковПри низких температурах преобладает примесная проводимость, при высоких - собственная

ФотопроводимостьФотоэффект будет наблюдаться только в том случае, если энергии фотона хватит

ФотопроводимостьКрасная граница фотоэффекта для собственных полупроводниковлежит в инфракрасной области спектра :при

ФотопроводимостьПримесные:Для германия энергия активации всех примесей примерно одинакова, порядка 0.01 эВ,

Высокая чувствительность Безинерционность (постоянная времени ~10-3÷10-8 с) Малые размеры Работают

Контактные явления в полупроводниках: р-n-переходЭлектроны из n-области переходят в p-область и

Внешнее поле уменьшает потенциальный барьер и способствует диффузии основных носителей токаТок

Основные носители оттягиваются на полюса источника тока, толщина запирающего слоя увеличиваетсяВнешнее

Односторонняя проводимость p-n-перехода используется во многих приборахПростейший из них – диод,

Вентильный фотоэффектВ основе работы – внутренний фотоэффектПод действием света в запирающем

Вентильный фотоэффектСветовая энергия в солнечных батареях непосредственно преобразуется в электрическуюПреимущества: экологическая

Светодиод – ещё один прибор на основе p-n-переходаПринцип работы – обратный

СветодиодВеличина энергии квантов зависит от ширины запрещенной зоныПри ширине запрещенной зоны

СветодиодСвет светодиода не монохроматичен, зависит от состава полупроводника Для получения белого света

Недостатки:дороговизнаузкий спектральный диапазон света (это плохо при использовании светодиодов для освещения)

По типу чередования дырочной и электронной проводимостей:ТранзисторТранзистор – кристалл с двумя

Транзистор n-p-n-типа

Похожие презентации

Донорные полупроводники
(n-тип)
Валентность примеси больше, чем основного материала
В 4-валентный германий добавили

Донорные полупроводники (n-тип)
Из-за атомов примеси энергетические уровни изменяются:
возникает примесный (донорный)

Акцепторные полупроводники
(p-тип)
Валентность примеси меньше, чем основного материала
Для образования четвёртой связи

Акцепторные полупроводники (p-тип)
Дополнительный акцепторный уровень (пустой) образуется в запрещённой зоне вблизи

Примесная проводимость
Энергия активации примесных уровней много меньше ширины запрещённой зоны:
При низких

Примесная проводимость
При низких температурах уровень Ферми почти совпадает с примесным уровнем
При

Проводимость полупроводников
При низких температурах преобладает примесная проводимость,
при высоких - собственная

Фотопроводимость
Фотоэффект будет наблюдаться только в том случае, если энергии фотона хватит

Фотопроводимость
Красная граница фотоэффекта для собственных полупроводников
лежит в инфракрасной области спектра :
при

Фотопроводимость
Примесные:
Для германия энергия активации всех примесей примерно одинакова, порядка 0.01 эВ,

Высокая чувствительность
Безинерционность (постоянная времени ~10-3÷10-8 с)
Малые размеры
Работают

Контактные явления в полупроводниках: р-n-переход
Электроны из n-области переходят в p-область и

Внешнее поле уменьшает потенциальный барьер и способствует диффузии основных носителей тока
Ток

Основные носители оттягиваются на полюса источника тока, толщина запирающего слоя увеличивается
Внешнее

Односторонняя проводимость p-n-перехода используется во многих приборах
Простейший из них – диод,

Вентильный фотоэффект
В основе работы – внутренний фотоэффект
Под действием света в запирающем

Вентильный фотоэффект
Световая энергия в солнечных батареях
непосредственно преобразуется
в электрическую
Преимущества:
экологическая

Светодиод – ещё один прибор на основе p-n-перехода
Принцип работы – обратный

Светодиод
Величина энергии квантов зависит от ширины запрещенной зоны
При ширине запрещенной зоны

Светодиод
Свет светодиода не монохроматичен, зависит от состава полупроводника
Для получения белого света

Недостатки:
дороговизна
узкий спектральный диапазон света
(это плохо при использовании светодиодов для освещения)

По типу чередования дырочной и электронной проводимостей:
Транзистор
Транзистор – кристалл с двумя