Электрический ток в полупроводниках

Собственные и примесные полупроводники. Как и в металлах, электрический ток в полупроводниках связан с дрейфом носителей заряда. Но если в металлах наличие свободных электронов обусловлено самой природой металлической связи, то появление носителей заряда в полупроводниках определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются чистота материала и температура. В зависимости от степени чистоты полупроводники подразделяют на собственные и примесные. [c.267]

Появление электрического тока в полупроводнике возможно лишь тогда, когда часть электронов покидает заполненную валентную зону и переходит в зону проводимости, где они становятся носителями электрического тока. Для такого перехода электроны должны пройти зону запрещенных энергий АЕ, для чего необходима определенная энергия, которую полупроводник может получить в виде света или теплоты. При нагреве увеличивается концентрация носителей электрического тока, а электросопротивление полупроводника уменьшается. [c.586]

Освободившееся при уходе электрона место в связи имеет положительный заряд и называется дыркой. Под действием электрического поля свободные электроны (отрицательные заряды) движутся в сторону положительного потенциала, а дырки (положительные заряды) — в сторону отрицательного потенциала, создавая электрический ток в полупроводнике. [c.163]

Отсюда видно, что ПЭ зависит от электрического поля так же, как ТЭ зависит от температуры ln(j/S2) = = f(l/ ё) (рис. 25.47). При высоких температурах плотность тока ПЭ возрастает с Т, особенно сильно в области малых (но уже вызывающих ПЭ) электрических полей. Распределение по энергиям электронов, эмитируемых из металла, при ПЭ при низких температурах эмиттера начинается от энергии, соответствующей уровню Ферми в металле (принимаемому за нуль), и простирается в область отрицательных энергий. Ширина распределения на половине высоты составляет около 0,5 эБ (рис. 25.48). При возрастании температуры энергетический спектр эмитируемых электронов расширяется в сторону положительных энергий. ПЭ полупроводников обладает рядом особенностей, связанных с распределением электронов по энергиям в них, с проникновением внешнего электрического поля в полупроводник и с сильной термо- и фоточувствительностью полупроводников, оказывающей влияние на ток ПЭ (рис. 25.49) [28, 29]. Токи ПЭ с большой плотностью удается получать с эмиттеров, имеющих форму острия. Предельная плотность тока, еще не разрушающего острие, /кр возрастает с увеличением угла при вершине эмитирующего конуса, так как с увеличением этого угла улучшается отвод теплоты от острия (табл. 25.27, рис. 25.50). В очень сильных электрических полях, когда плотность тока ПЭ достигает 10 —10 А/см локальные участки катода, из которых происходит эмиссия, (острия) в результате сильного разогрева взрываются, образуя плотную плазму, расширяющуюся со скоростью t = 10 см/с. Этот процесс сопровождается возникновением интенсивной эмиссии (взрывная электронная эмиссия, рис. 25.51) [30]. Ток /, А, взрывной электронной эмиссии при взрыве одиночного острия [c.588]

Зона, образованная уровнями валентных электронов невозбужденных атомов, получила название валентной зоны (ВЗ) кристалла. Выше нее располагается запрещенная зона, имеющая ширину AW", в пределах которой электрон не может находиться, а еще выше размещается разрешенная зона — зона проводимости (ЗП). Энергетические зоны в полупроводнике не локализованы возле какого-либо отдельного атома — их следует отнести ко всему кристаллу, так что кристалл с этой точки зрения можно считать одной огромной молекулой. Зона проводимости называется так потому, что при приложении разности потенциалов к полупроводнику через проводник проходит электрический ток, в котором могут участвовать только электроны, находящиеся при данных условиях в зоне проводимости. Электроны, находящиеся в валентной зоне, не могут перемещаться под действием электрического поля, поскольку такое движение связано с увеличением энергии электрона, причем он должен перейти на более высоко расположенный энергетический уровень, однако в валентной зоне все уровни заняты электронами. [c.55]

ПРОБОЙ магнитный — туннельный переход электрона, движущегося в металле при наличии магнитного поля, с одной орбиты на другую световой — переход вещества в состояние плазмы в результате сильной ионизации под действием мощного светового излучения электрический — общее название процессов, приводящих к резкому возрастанию электрического тока в среде, исходно не электропроводной) ПРОВОДИМОСТЬ ионная обусловлена движением свободных ионов комплексная определяется отношением действующего значения силы переменного тока в электрической цепи к действующему значению напряжения на ее зажимах магнитная измеряется отношением магнитного потока в каком-либо участке магнитной цепи к магнитодвижущей силе, действующей на этом участке полупроводника [примесная дырочная (/)-типа) обеспечивается движением дырок в направлении, противоположном движению электронов, перебрасываемых из валентной зоны в зону проводимости полупроводника электронная (я-типа) осуществляется электронами, перебрасываемыми с донорных уровней в зону [c.266]

Важной характеристикой полупроводников является также время жизни примесных носителей электрического тока. Б полупроводнике одновременно с процессом возникновения свободных электронов и дырок идет обратный процесс рекомбинации электроны из зоны проводимости вновь возвращаются в валентную зону, ликвидируя дырки. В результате концентрация носителей уменьшается. При данной температуре между этими двумя процессами устанавливается равновесие. Среднее время, в течение которого носитель существует до своей рекомбинации, называют временем жизни. Расстояние, которое успеет пройти за это время носитель, называют диффузионной длиной. Некоторые примеси и дефекты уменьшают время жизни носителей электрического тока и тем самым ухудшают работу прибора. Для хорошей работы полупроводникового прибора время жизни носителей должно быть не меньше, чем 10 с. [c.588]

Полупроводниками называются материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и непроводниками электрического тока. В схеме башенных кранов применяют селеновые, германиевые и кремниевые выпрямители. [c.119]

От металлов они отличаются тем, что носители электрического тока в них создаются тепловым движением, светом, потоком электронов и т. п. источником энергии. Без теплового движения (вблизи абсолютного нуля) полупроводники являются изоляторами. С повышением температуры электропроводность полупроводников возрастает и при расплавлении носит металлический характер. [c.147]

В противоположном случае примесь может внести незаполненные уровни, располагающиеся в запрещенной зоне основного полупроводника вблизи от верхнего края валентной зоны. Тепловое возбуждение будет в первую очередь забрасывать электроны из валентной зоны на эти свободные примесные уровни. Ввиду разобщенности атомов примеси, электроны, заброшенные на примесные уровни, не участвуют в электрическом токе. Такой полупроводник будет иметь концентрацию дырок большую, чем концентрацию электронов, перешедших из валентной зоны в зону проводимости, и его относят к р - т и п у. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называют акцепторами (рис. 8-1, б). [c.326]

Полупроводники с различными типами электропроводности могут быть использованы для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую и для целей охлаждения, так как на стыке двух разнородных полупроводников при протекании электрического тока в зависимости от его направления выделяется или поглощается тепло (эффект Пельтье). [c.338]

Электроника представляет собой науку, которая изучает принципы действия и технику использования приборов, основан- ых на свойствах электрического тока в пустоте, т. е. в вакууме (электронные приборы), в разреженных газах (ионные приборы) и в электронных полупроводниках. Промышленная электроника занимается применением электронных, ионных и полупроводниковых приборов с целью преобразования электрического тока в приводах и механизмах для контроля управления и автоматизации технологического процесса. [c.72]

Значительно реже определяют постоянную Холла, величину которой характеризует разность потенциалов, возникающая между противоположными поверхностями образца, находящегося в постоянном магнитном поле и через который протекает электрический ток в направлении, перпендикулярном вектору поля. По знаку постоянной Холла можно, например, определить природу носителей тока в полупроводниках, а по ее величине в металлах — число электронов проводимости, а следовательно, и число электронов, участвующих в образовании химической связи. [c.117]

Характерным свойством полупроводников является нелинейность зависимости тока в полупроводнике от приложенного напряжения (рис. 53), т. е. ток растет значительно быстрее, чем напряжение. Одновременно с ростом тока резко уменьшается электрическое сопротивление полупроводника. [c.93]

Общим свойством для всех полупроводников является то, что они обладают электронной и дырочной проводимостями. Под действием приложенного к полупроводнику напряжения свободные электроны перемешаются в одном направлении, а образовавшиеся (в результате освобождения электронов) дырки в атомах движутся в противоположном направлении. Дырка рассматривается как положительно заряженная частица, заряд которой равен заряду электрона. Движения электронов и дырок, а следовательно и величина тока в полупроводниках, определяются значениями их подвижностей ( Л ). Подвижность заряда есть отношение скорости движения электрона или дырки к величине напряженности электрического поля в полупроводнике, т. е. [c.260]

Подвижность носителей тока есть отношение скорости направленного движения электрона или дырки к величине напряженности электрического поля в полупроводнике, равной 1 в см, т. е. [c.243]

Полупроводниковые лазеры занимают особое место в ряду твердотельных или кристаллических лазеров. Применение полупроводников в качестве рабочих материалов для лазеров привлекло к себе внимание в первую очередь возможностью осуществления непосредственного преобразования энергии электрического тока в энергию когерентного излучения. Полупроводники обладают рядом характерных свойств, среди которых от люминесцентных кристаллов их отличает электропроводность, а от газовых систем — весьма широкие линии излучения и возможность создания высокой концентрации активных частиц. Эти свойства полупроводников дают полупроводниковым лазерам ряд особенностей, главной из которых является высокий к. п. д. полупроводникового лазера, который может быть близок к 100%. [c.439]

В качестве материала для кремниевого неуправляемого вентиля-диода (рис. 8.14, а) применяют тонкую кремниевую пластинку (катод), на одну сторону которой нанесен слой алюминия (анод). При контактировании двух полупроводников в месте контакта образуется переходный слой (Я), легко пропускающий электрический ток в одном направлении (от анода А к катоду К) и почти не пропускающий его в обратном направлении. Такой кремниевый диск с переходным слоем впаивают в неразборный герметичный корпус диода, который имеет шпильку на одном конце для ввинчивания в охладитель, а с другого конца — вывод в виде гибкого провода. [c.140]

Если концы кристалла соединить, образовав электрическую цепь, и направить пучок света на переход, то по цепи потечет электрический ток. Поглощаемые полупроводником фотоны будут образовывать электроны и дырки. Когда пары электрон — дырка образуются в области перехода, электрическое доле двойного слоя будет перемещать дырки в р-область, а электроны — в п-область. В результате ток в цепи потечет в направлении из п-области в р-область. Энергия фотонов будет превращаться в области перехода в электрическую энергию. На этом принципе работают солнечные электрические батареи, которые используют свет Солнца, переводя его в электроэнергию (например, для питания приборов на искусственных спутниках Земли). [c.409]

Излучение, возникающее при рекомбинации электронов и дырок, которые появляются в результате прямого смещения на переходе, известно как инжекционная люминесценция. Свет в процессе распространения по полупроводнику рождает электронно-дырочную пару, в результате чего происходит поглощение фотона. Если же к полупроводнику приложено электрическое напряжение, электроны и дырки будут разнесены в пространстве и можно заметить изменение электрического тока, если полупроводник включен в соответствующую схему. Здесь будут описаны свойства полупроводниковых материалов, которые могут быть использованы для генерации или детектирования света. [c.192]

В полупроводниках п-типа электрический ток внутри полупроводника и в соединительных проводах создается движением электронов. [c.165]

В полупроводниках р-типа электрический ток внутри полупроводника создается движением дырок, а в соединительных проводах — движением электронов. [c.166]

Полупроводники в качестве активного вещества. На возможность использования полупроводниковых материалов в оптических квантовых генераторах было указано Н. Г. Басовым и его сотрудниками еще в 1959 г. Причем уже тогда отмечалось, что применение полупроводников позволит непосредственно преобразовать энергию электрического тока в энергию когерентного излучения. Это свойство полупроводников объясняется тем, что они позволяют создавать высокую концентрацию активных частиц. При этом процесс преобразования потока электронов в поток фотонов отличается высоким коэффициентом полезного действия, достигающим 80—100%, в то время как у кристаллических и стеклянных активных веществ он составляет всего 1—3%. В качестве материала в полупроводниковых оптических генераторах используются мышьяковистый галий и индий, сурьмянистый индий и др. (табл. 2.3). Из этих материалов изготовляют полупроводниковый диод в форме куба размерами не более одного квадратного миллиметра. Две противоположные грани куба делают строго параллельными и полируют для того, чтобы их поверхности образовали зеркальный резонатор. [c.30]

Электрическим током принято называть упорядоченное движение электрически заряженных частиц. В зависимости от состояния и состава вещества его электрическая проводимость может быть электронной (в металлах), электронно-дырочной (в полупроводниках), электронно-ионной (в газах) и ионной (в электролитах). [c.31]

В идеальном полупроводниковом кристалле электрический ток создается движением равного количества отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Такой тип проводимости называется собственной проводимостью полупроводника. [c.155]

В гл. 2 мы отмечали, что в основу классификации твердых тел могут быть положены различные признаки. По удельной электропроводности а все твердые тела можно разделить на три большие группы металлы, диэлектрики и полупроводники. Металлы являются прекрасными проводниками электрического тока. Их удельная электропроводность при комнатной температуре колеблется от 10 до 10 Ом- -см-. Диэлектрики, наоборот, практически не проводят ток —их используют как изоляторы. Удельная электропроводность этой группы веществ меньше, чем 10 Ом -см . Твердые тела, имеющие промежуточные значения а, т. е. 10 — 10 ° Ом -см , относятся к классу полупроводников. [c.208]

Уравнения (4.7) —(4,8) показывают, что причинами изменения концентрации носителей могут быть неодинаковость числа носителей, втекающих (и вытекающих) в элементарный объем полупроводника (тогда dlvJ O), и нарушение равновесия между процессами генерации и рекомбинации носителей. Уравнения (4.9) и (4.10), называемые уравнениями плотности тока, характеризуют причины протекания электрического тока в полупроводнике электрический дрейф под воздействием электрического поля (grad tp= 0) и диффузию носителей при наличии градиента концентрации. Уравнение Пуассона характеризует зависимость изменений в пространстве напряженности электрического поля Е=—gгadф от распределения плотности электрических зарядов pi [c.156]

Электроннолучевой микрозонд. Устройство, в котором остросфокусированный луч (10 нм 0 1 мкм) зондирует образец по принципу сканирования и регистрирует возникающие при этом сигналы, источниками которых являются вторичные электроны электроны обратного рассеяния абсорбированные электроны просвечивающие электроны оже-электроны характеристическое рентгеновское излучение рентгеновское тормозное излучение люминесцентное свечение электрические токи (в полупроводниках). [c.160]

Кроме собственной проводимости, в полупроводниках наблюдается еще и примесная проводимость. Она появляется благодаря присутствию в полупроводнике атомов некоторых примесей. Если, например, в кремнии имеется примесь сурьмы или другого элемента пятой группы таблицы Д. И. Менделеева, то происходит следующее явление. Атом сурьмы имеет пять валентных электронов, четыре из них образукзт ковалентные связи с соседними атомами кремния, а пятый электрон очень легко переходит в зону проводимости. Таким образом, получается полупроводник (кремний) п-тина с электронной проводимостью. Название п-тип произошло от английского слова negative — отрицательный. Добавки, подобные сурьме, создающие электроны проводимости в полупроводниках, называются донорами. Электрический ток в полупроводниках п-типа осуществляется только электронами доноров, поскольку их в 10 —10 раз больше, чем собственных носителей зарядов полупроводника. [c.19]

Использование платы МССВ в конструкциях электронно-вычислительной аппаратуры позволяет разме-щ ать на ее поверхности элементы, выделяющие в четыре раза больше тепла, чем на платах того же размера из стеклотекстолита. К тому же в 2 раза уменьшается масса конструкции. Следует отметить, что металлическая плата, сохраняя необходимый температурный ре-жрм, отдает в окружающую среду в 13 раз больше теп-л , чем плата из неметалла, при этом вдвое уменьшается мйсса и объем конструкции. Это означает, что вместо устройств с мощными вентиляторами, создающими поток для охлаждения, или даже с жидкостными системами охлаждения можно использовать обычные печатные схемы. И еще одно преимущество плат МССВ по сравнению с обычными увеличение в 3 раза допустимых плотностей электрического тока в печатных схемах при той же разности температур полупроводника и окружающей среды. [c.243]

Переход металл - полупроводник также обладает способностью про-пускагь электрический ток в одном направлении и не пропускать его в другом, причем полупроводник при этом может быть любого типа. [c.359]

Аналогия между течением электрического тока в проводнике или полупроводнике и течением идеальной жидкости после работ Кирхгофа и Максвелла является классической и имеет в настоящее время разнообразные области практического применения. Подробные обзоры современного состояния вопроса имеются в работах П. Я. Полуба-рнновой-Кочиной [60] н Н. И. Дружинина [21]. [c.246]

В 1834 г. был обнаружен эффект Пельтье, который заключается в поглощении или выделении тепла при протекании электрического тока в термопаре. Этот эффект послужил основанием для попыток получения низких температур. При этом, одиако, возникают большие трудности, связанные с отводом значительного количества теила, перетекающего от теплого контакта к холодному. Для того чтобы практически использовать электронное охлаждение, необходимо иметь материал с малым коэффициентом теплопроводности г и низким удельным сопротивлепием р. Однако в соответствии с правилом Видемана — Франца произведение т]р для металлов является постоянным, и материалы, подходящие для этой цели, не были известны. В последнее время благодаря прогрессу в технике полупроводников были разработаны пригодные для таких целей материалы. В табл. 5-6-1 приведено несколько таких материалов, получивших применение в настоящее время. Величина г, называемая коэффициентом добротности, выражается в виде следующей формулы [c.384]

На фиг. 100, а показан момент, когда к полупроводникам не приложено внешнее напряжение. При таком положении электрический ток в р—п переходе отсутствует, потому что дырочный и элек-. тронный потоки друг друга уравнивают. [c.119]

Электрический ток в полупроволниках. В полупроводниках электроны при нулевой температуре жестко закреплены на ковалентных связях. Для того чтобы электрон стал свободным и мог участвовать в процессе проводимости, необходимо сообщить ему некоторую дополнительную энергию. Эта энергия может быть тепловой, световой и г. д. [c.120]

Фотопроводимость. Внутренний фотоэффект, или фотопроводимость, — это явление возникновения внутри полупроводника избыточных носителей тока под действием освещения. В простейшем случае собственного полупроводника излучение возбуждает валентные электроны в зоне проводимости, где они находятся в свободном состоянии и могут участвовать в процессе переноса заряда. Вклад в прО Зодимость дают также возникаюш,ие в валентной зоне дырки. В примесном полупроводнике -типа кроме собственного фотоэффекта возможно еще возбуждение электронов из связанных состояний на донорных центрах в зону проводимости. Аналогичным образом в полупроводниках р-типа возможно возбуждение электронов из валентной зоны на акцепторные уровни, создавая тем самым подвижные дырки. Характерно, что в обоих случаях" примесной фотопроводимости в кристалле генерируются свободные носители только одного знака. Так же, как и внешний фотоэффект, фотопроводимость проявляется в однородном материале в присутствии внешнего электрического поля. [c.346]

Под действием света, падающего на поверхность полупроводника, в нем образуются пары л-р-носителей (электрон-дырка). Неосновные носители (дырки в полупроводнике л-типа и электроны в р-полупроводнике) диффундируют в область п-р-перехода, втягиваются в него и образуют пространственный заряд по другую сторону перехода. Таким образом, происходит накопление носителей тока разных знаков в двух противоположных частях полупроводника. Однако этот процесс не может продолжаться сколь угодно долго, так как в результате накопления зарядов возникает электрическое поле, препятствующее дальнейшим переходам. Таким образом, наступает динамическое равновесие между переходами электр01 0в (дырок) в одну и другую сторону. В результате образуется постоянная разность потенциалов (фото-э. д. с. ), не превьппающая ширины запрещенной зоны в полупроводнике, выраженной в вольтах. [c.443]

Рассмотрим более подробно механизм электрической неустойчивости, приводящий к высокочастотным осцилляциям тока. Это удобно сделать на примере опыта Ганна. Предположим, что к образцу полупроводника, имеющему форму параллелепипеда длиной L, приложено внешнее напряжение. Если полупроводник однороден, то электрическое поле в образце такм е однородно. Однако любой реальный кристалл содержит некоторые неоднородности. Наличие неоднородности с повышенным сопротивлением приводит к тому, что в этом месте образца напряженность электрического поля имеет повышенное значение. При увеличении напряженности внешнего поля значение Q р здесь достигается раньше, чем в остальной части образца. Вследствие этого в области неоднородности начинаются переходы из минимума А в минимум Б, т. е. появляются тяжелые электроны. Подвижность здесь уменьшается, а сопротивление дополнительно возрастает. Это приводит к увеличению напряженности поля в месте локализации неоднородности и более интенсивному переходу электронов в минимум Б. Поле в образце становится резко неоднородным. Такая зона с сильным электрическим полем получила название электрического домена. [c.258]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...