Зона проводимости

Проводимости, очень мало. Уровень Ферми для полупроводников принято отсчитывать от верхней границы валентной зоны, а не от нижней, как для металлов, и обозначать р. Поскольку Eg—р) велико по сравнению с кТ, число электронов, которые могут перейти в зону проводимости, дается выражением [c.197]

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводника, в который добавлено небольшое количество примеси, показана на рис. 5.7 [12]. На практике в полупроводнике всегда присутствуют как донорные, так и акцепторные примеси, и разработчик полупроводниковых термометров сопротивления может лишь выбирать соотношение между теми и другими. Для описания процессов проводимости рассмотрим германий, содержащий донорные атомы мышьяка в концентрации N(1 и какие-либо акцепторные атомы в концентрации Л а-На рис. 5.7 можно выделить четыре температурных диапазона, в каждом из которых преобладает какой-либо один механизм проводимости". В высокотемпературном диапазоне [I] проводимость обусловлена главным образом электронами, термически возбужденными из валентной зоны в зону проводимости согласно уравнению (5.8), поскольку все примесные атомы давно уже ионизованы. Это область собственной проводимости для германия она начинается чуть выше 400 К. Этот диапазон не представляет особого интереса для германиевых термометров сопротивления. [c.198]

По мере снижения температуры роль собственной проводимости убывает в диапазонах II и III проводимость обусловлена электронами от Ыа—Ма) донорных атомов. Число п таких электронов, попадающих в зону проводимости, сложным образом зависит от относительного количества и природы донорных [c.198]

Выше примерно 100 К все Ма—Л а) электронов переходят в зону проводимости, член мал и уравнение (5.13) упрощается [c.199]

При температурах, близких к абсолютному нулю, в идеальном кристалле 5 или Ое ковалентные связи полностью заполнены и все электроны связаны с атомами, вследствие чего электропроводность отсутствует. При нагревании или освещении кристалла происходит освобождение электронов от ковалентной связи, возникает электропроводность — переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. При этом на месте ушедшего электрона образуется незаполненная связь (дырка), которая может быть занята электроном из другой какой-нибудь связи. Одновременно незаполненная связь (дырка) может перемещаться по кристаллу. [c.387]

Минимальная энергия, необходимая для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости, характеризует величину энергетического интервала между этими зонами (или ширину запрещенной зоны). [c.387]

По современным представлениям, скорость обеих электродных реакций определяется переносом зарядов через ионный двойной слой, единый на всей границе амальгама — раствор и не допускающий выделения структур, отвечающих анодным и катодным участкам. В частности, разряд Н+ сопровождается переносом электрона из зоны проводимости сплава, а не от отдельных составляющих его атомов Это не исключает существования участков с частичным или (реже) полным разделением анодного и катодного процессов в случае твердых многофазных материалов. — Примеч. ред. [c.63]

Энергетические уровни электронов в твердом теле объединены в серии и образуют энергетические зоны. Число расщепленных уровней в каждой зоне равно числу атомов, объединенных в кристалл. Установлено наличие трех зон нижняя зона валентных связей запрещенная зона зона проводимости. [c.32]

В зависимости от концентрации свободных носителей, которая связана со способом взаимодействия атомов в решетке, изменяется значение энергетического зазора между валентной зоной и зоной проводимости. Соответственно меняется характер электропроводимости кристаллов (рис. 2.3), которые в связи с этим можно разделить на три класса проводники (металлы), полупроводники и изоляторы (диэлектрики). [c.32]

В отличие от металлов в полупроводниках и диэлектриках также возникает так называемый внутренний фотоэффект, состояш,ий в возбуждении электронов из валентной зоны в зону проводимости. Для внутреннего фотоэффекта энергия поглощенного светового кванта не должна быть меньше ширины запрещенной зоны (разность энергии между нижней границей зоны проводимости и верхней границей валентной зоны). [c.345]

Использование зонной теории. Согласно зонной теории, для объяснения электрических и оптических свойств кристаллов важное значение имеют как последняя заполненная (валентная зона), так и первая незаполненная (зона проводимости) зоны. При внедрении в кристалл чужеродных ионов возникают уровни, в запрещенной зоне расположенные несколько выше вершины валентной зоны решетки и ниже дна зоны проводимости. Эти уровни локализуются около конкретного иона и поэтому называются локальными. [c.362]

Если электрону в валентной зоне сообщить энергию, превышающую ширину запрещенной зоны, то он, покидая валентную зону, перейдет в зону проводимости (рис, 16.4, /), При движении по зоне проводимости электрон, потеряв часть своей энергии, опускается к ее дну (рис. 16.4, 2), а в дальнейшем переходит на локальный уровень активатора (рис, 16.4, < ). При уходе электрона из валентной зоны возникает дырка, которая ведет себя подобно положительному заряду. Дырка, двигаясь по валентной зоне, рекомбинирует (рис. 16.4, 4) с электроном, попавшим на уровень активатора из зоны проводимости. Выделенная энергия при рекомбинации электрона и дырки возбуждает ион активатора, являющийся центром высвечивания. Поскольку движение электрона в зоне проводимости происходит с большой скоростью, то процесс люминесценции в данном случае является весьма кратковременным. [c.362]

Если ширина запрещенной зоны меньше 2—3 эВ, то кристалл называют полупроводником. В полупроводниках за счет тепловой энергии квТ заметное число электронов оказывается переброшенным в свободную зону, называемую зоной проводимости. При очень низких температурах любой полупроводник становится хорошим диэлектриком. [c.230]

Здесь энергия отсчитывается от дна зоны проводимости, п 1 — квантовое число. Если в (7.109) подставить числовые значения т, е, 71, о и энергию выразить в электронвольтах, то получим [c.237]

Учитывая, что в германии е=16, а т =0,25т, получаем для энергии ионизации примесных атомов V группы d 0,01 эВ. В кремнии, где e =12, а т 0,4т, энергия ионизации должна быть примерно 0,04 эВ. Таким образом, достаточно весьма незначительной энергии, чтобы перевести пятый электрон из связанного состояния в свободное , т. е. в зону проводимости. Примеси, которые поставляют свободные электроны, называют донорными. В табл. 7.2 приведены измеренные значения энергии ионизации доноров в кремнии и германии. Они достаточно хорошо согласуются с расчетными значениями Ed. [c.238]

Рассмотрим полупроводник, не содержащий примесей и дефектов. Не будем также учитывать влияние поверхностных состояний. При T—QK электропроводность такого полупроводника равна нулю, поскольку в нем нет свободных носителей заряда. Действительно, валентная зона полностью заполнена электронами и не дает никакого вклада в проводимость, а зона проводимости пуста. При Т>ОК возникает вероятность заброса электронов из валентной зоны в зону проводимости (рис. 7.15). В валентной зоне при этом образуются дырки. Ясно, что концентрация электронов п равна концентрации дырок р [c.242]

Одновременно с процессом образования свободных носителей генерацией) идет процесс их исчезновения рекомбинации). Часть электронов возвращается из зоны проводимости в валентную зону и заполняет разорванные связи (дырки). При данной температуре за счет действия двух конкурирующих процессов генерации и рекомбинации в полупроводнике устанавливается некоторая равновесная концентрация носителей заряда. Так, например, при комнатной температуре концентрация свободных электронов и дырок составляет в кремнии примерно 10 ° см 3, в германии приблизительно Ю з см-з. [c.242]

Приписав электронам в зоне проводимости и дыркам в валентной зоне эффективные массы, мы можем считать их свободными и воспользоваться выражением для электропроводности, полученным в модели свободных электронов Друде —Лорентца. Так, например, согласно (6.90) электронная составляющая тока [c.243]

Концентрация носителей. Равновесная концентрация электронов, для которых возможный интервал энергий лежит в пределах зоны проводимости, определяется выражением [c.243]

Величины БИТ] представляют собой приведенные в единицах квТ энергию электрона в зоне проводимости и уровень Ферми, отсчитанные от дна зоны Ес. С учетом этого выражение (7.130) преобразуется к виду [c.244]

Из (7.156) следует, что с ростом температуры из-за приближения уровня Ферми к зоне с легкими носителями полупроводник может из невырожденного превратиться в вырожденный. Вырождение наступает, когда расстояние между и границей оны становится соизмеримо с величиной k-цТ. При этом, если вырождение наступило, например, в зоне проводимости, то в валентной зоне оно отсутствует, так как с ростом Т уровень Ферми отдаляется от нее все больше и больше. [c.248]

Выше было показано, что электрон проводимости в кристалле описывается волной Блоха. Средняя плотность заряда — имеет одно и то же значение в каждой ячейке кристалла, так как ф-функция периодична с периодом решетки. Это означает, что пока сохраняется идеальная периодичность, электронная волна распространяется по кристаллу без затухания. Следовательно, в идеальном кристалле электроны, находящиеся в зоне проводимости, обладают бесконечной длиной свободного пробега. Нарушения идеальной периодичности приводят к тому, что функция Блоха перестает удовлетворять уравнению Шредингера, т. е. возникает рас- [c.249]

Приведенные нами рассуждения справедливы для невырожденного электронного газа. В этом случае электронов в зоне проводимости мало и поэтому все электроны принимают независимо друг от друга участие в электропроводности. [c.250]

Если в полупроводник введена донорная или акцепторная примесь, то при низких температурах, когда энергии тепловых колебаний недостаточно для переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости, свободные носители заряда могут появиться [c.250]

Ясно, что увеличение температуры приводит в конце концов к тому, что все электроны с донорных уровней, переходят в зону проводимости, а дальнейший рост Т вызывает соответствующее увеличение концентрации собственных носителей. До тех пор, пока собственной проводимостью можно пренебречь, для электропроводности электронного полупроводника можно написать [c.251]

Здесь N — эффективная плотность состояний в зоне проводимости, определяемая выражением (7.133) g — фактор спинового вырождения примесного уровня. Обсудим физический смысл величины g. Полное число примесных состояний в запрещенной зоне равно числу примесных атомов, т. е. равно A d в расчете на единичный объем кристалла, поскольку каждый атом может отдать [c.252]

Постепенно концентрация электронов в зоне проводимости становится сравнимой с Nd. В этом случае выражение (7.167) для становится неприменимым. Детальный анализ показывает, что здесь [c.252]

Эффект Зинера. Его наблюдают в очень сильных полях (больше 10 В/м). Увеличение концентрации носителей в этом случае осуществляется за счет туннельного перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. У полупроводника, помещенного в электрическом поле, наблюдается наклон энергетических зон, тем больший, чем выше 17 [c.259]

Если принять для перехода ионов металла из точки Р (рис. 26) в междоузлия решетки окисла полупроводника п-типа, что W н — энергия, соответствующая этому переходу, Ф — энергия, необходимая для перехода электрона из металла в зону проводимости окисной пленки (рис. 27), а Е — энергия сиязи электрон—ион в междоузлии, то величина — Е будет энергией раство- [c.50]

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]

Возможна и рекомбинация через локальный уровень, лежащцр вблизи дна зоны проводимости (рис. 16.4, 5—8, 9). В этом случае электрон со дна зоны проводимости захватывается так называемыми ловушками — локальными уровнями (рис. 16.4, 6), иногда называемыми также уровнями прилипания. Если эти уровни лежат неглубоко от дна зоны проводимости, то под действием тепловой энергии электрон может быть переброшен обратно в зону проводимости (рис. 16.4, 7). В дальнейшем электрон, так же как и в первом случае, опускаясь на уровень активатора, рекомбинирует с образовавшейся дыркой в валентной зоне. Возбужденный ион активатора за счет получения энергии рекомбинации становится центром высвечивания. Ввиду задержки электрона на локальных уровнях такое свечение бывает продолжительным. Его длительность определяется также глубиной локальных уровней. Если локальный уровень лежит так далеко от дна зоны проводимости, что тепловая энергия при данной температуре кристалла недостаточна для возвращения электрона обратно в зону проводимости, то он может быть пленен на этом уровне до сообш,ения ему нужной энергии другим способом, скажем облучением. Электрон из этого пленения можно освободить также путем дальнейшего нагревания кристалла. Подобное свечение называется термовысвечиванием. [c.363]

Поскольку свойства электронов с отрицательной эффективной массой очень сильно отличаются от свойств нормальных электронов, их удобнее описывать, пользуясь представлением о некоторых квазичастицах, имеющих заряд - -е, но положительную эффективную массу. Такая квазичастица получила название дырка. Предположим, что в зоне все состояния, кроме одного, заняты электронами. Вакантное состояние вблизи потолка зоны и называют дыркой. Если внешнее поле равно нулю, дырка занимает самое верхнее состояние. Под действием поля < Г на это вакантное состояние перейдет электрон с более низкого энергетического уровня. Дырка при этом опустится. Далее дырочное состояние займет следующий ьаектрон и т. д. При- этом дырка сместится вниз по шкале энергий. Таким образом, ток в кристаллах может переноситься не только электронами в зоне проводимости, но и дырками в валентной зоне. Дырочная проводимость наиболее характерна для полупроводников. Однако есть и некоторые металлы, которые обладают дырочной проводимостью. [c.235]

Приближение (7.143) соответствует статистике Больцмана. Оно справедливо при г —[ Е —Ес)1квТ < — , т. е. при f< — в . Таким образом, если уровень Ферми лежит ниже дна зоны проводимости более чем на квТ, то полупроводник описывается классической статистикой, т. е. является невырожденным. Если лежит выше более чем на то полупроводник полностью вырожден. Аппроксимация (7.144), справедливая для случая Ес—к-вТ<Ер<Ес+5квТ, пригодна для описания полупроводников с промежуточными (от невырожденных к полностью вырожденным) свойствами. [c.246]

В полупроводнике, содержа- рочного (б) полупроводников щем акцепторную примесь, электроны легко переходят из валентной зоны на акцепторные уровни. При этом в валентной зоне образуются свободные дырки. Количество свободных дырок здесь значительно превышает количество свободных электронов, образовавшихся за счет переходов из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными. Проводимость полупроводника, содержащего акцепторную примесь, имеет дырочный характер, а сам полупроводник в соответствии с этим назьь вается дырочным (или акцепторным). [c.251]

Наблюдаемые явления связаны с образованием при больших концентрациях примеси примесных зон. Когда Л/d велика, волновые функции электронов, связанных с примесными атомами, перекрываются. Это приводит к расш,еплению примесных уровней в зону. С увеличением концентрации примеси эта зона все более расширяется и в конце концов сливается с зоной проводимости. Таким образом, исчезает энергия ионизации примеси. [c.254]

Многие полупроводники, в частности арсеаид галлия, имеют достаточно сложную зонную структуру. Так, зона проводимости арсенида галлия кроме минимума E k) при k=0 имеет втор ой минимум в направлении [100] при 0,8 о, где, о — волновой [c.257]

Физика твердого тела (1985) -- [ c.230 ]

Атомная физика (1989) -- [ c.339 ]

Диэлектрики Основные свойства и применения в электронике (1989) -- [ c.14 ]

Лазерная светодинамика (1988) -- [ c.57 ]

Теория твёрдого тела (0) -- [ c.146 ]

Модели беспорядка Теоретическая физика однородно-неупорядоченных систем (1982) -- [ c.453 , c.529 ]

Справочник по элементарной физике (1960) -- [ c.113 ]

Лазерное дистанционное зондирование (1987) -- [ c.222 ]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...