Полупроводники ионизация

Ионная эмиссия и поверхностная ионизация. С анода, изготовленного из очень чистого и слабо испаряющегося металла, происходит небольшая эмиссия положительных ионов. Она значительно усиливается, если анод содержит легко испаряющиеся примеси, особенно примеси щелочных металлов. Возможна также эмиссия отрицательных ионов с металлов, покрытых электропроводными слоями металлов или полупроводниками типа оксидов. [c.69]

Опыт показывает, что с увеличением концентрации доноров (или акцепторов) наклон прямых 1па от 1/Т в области примесной проводимости уменьшается. Согласно (7.168) это значит, что уменьшается энергия ионизации примеси. При некоторой критической концентрации она обраш,ается в нуль. Для элементов пятой группы в германии эта критическая концентрация составляет ЗХ Х10 см , в кремнии 8-10 см . Полупроводник, в котором энергия ионизации примеси обратилась в нуль, называют часто полуметаллом. В нем концентрация электронов и электропроводность нечувствительны к температуре (кроме области температур, где начинается собственная проводимость). [c.254]

Примесное поглощение наблюдается в полупроводниках и диэлектриках, содержащих примесные атомы. В этом случае поглощение света связано с возбуждением примесных центров или с их ионизацией. Например, в материале л-типа электроны с донорных уровней могут быть возбуждены в зону проводимости. Если доноры (или акцепторы) вносят в запрещенную зону мелкие уровни, то наблюдать примесное поглощение можно лишь при достаточно низких температурах. Действительно, в области высоких температур все эти уровни ионизованы за счет термического возбуждения. Так как энергия ионизации примесных уровней меньше, чем энергия, требуемая для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости, то полосы примесного поглощения лежат за краем собственного поглощения. [c.312]

В полупроводниках надо учитывать электрон-фононные и электрон-примесные столкновения, однако решающую роль играют столкновения фотоэлектрона с электронами валентной зоны. Специфика этих столкновений состоит в том, что валентному электрону должна передаваться сразу большая порция энергии — не менее ширины запрещенной зоны Д . При этом валентный электрон переходит в зону проводимости, рождается пара электрон проводимости и дырка. Рассматриваемый процесс называют ударной ионизацией-, энергия, передаваемая фотоэлектроном валентному электрону, называется энергией ударной ионизации. Одного акта ударной ионизации может оказаться достаточно для того, чтобы фотоэлектрон утратил возможность участвовать в фотоэмиссии. [c.170]

Квантовый выход внутреннего фотоэффекта. Предположим теперь, что полупроводник освещается монохроматическим светом, частота которого выше пороговой частоты для внутреннего фотоэффекта. Последняя определяется шириной запрещенной зоны в собственных полупроводниках и энергией ионизации донорных или акцепторных примесей в примесных полупроводниках. При поглощении фотонов электронами валентной зоны или примесных уровней будут происходить соответствующие квантовые переходы, приводящие к образованию дополнительных (неравновесных) носителей заряда, которые и обусловливают фотопроводимость. [c.176]

Рассмотрим полупроводник, содержащий Nd донорных атомов (уровней) в единице объема. Предположим, что донорные уровни расположены в непосредственной близости от дна зоны проводимости, так что энергия ионизации примесей AEd очень мала по сравнению с шириной запрещенной зоны ДЕ (такой случай типичен, например, для германия AEd 0,01 эВ при ДЕ 0,75 эВ). Если уровень Ферми проходит ниже дна зоны проводимости, т. е. Ej < —коТ, то вследствие малости AEd практически все атомы примеси будут ионизированными и их электроны перейдут в зону проводимости. Выясним сначала, какова предельная концентраций примесей, при которой исходные предположения перестают быть справедливыми. [c.116]

Для создания инверсии в полупроводниках используют четыре типа возбуждения инжекцию носителей заряда, электронную накачку, ударную ионизацию (лавинный пробой) и оптическую накачку. Наибольшую эффективность имеют два первых типа накачки, которые и получили самое широкое распространение. [c.946]

Если в естественный полупроводник IV группы ввести в качестве примеси трехвалентные атомы из III группы элементов, то для осуществления ковалентной связи с четырехвалентным окружением этим атомам не хватает по одному электрону. Недостающие электроны они заимствуют у соседних атомов с затратой небольшой энергии порядка 10 эВ. В результате в валентной зоне возникает дырка, которая и обусловливает дырочную проводимость полупроводника. Поскольку энергия ионизации основных атомов для образования дырки мала ( 10 эВ), при комнатной температуре на каждый атом примеси приходится по одной дырке. Естественная дырочная и электронная проводимости при этом, как и в случае донор-ных примесей, малы. Поэтому доминирующей будет дырочная проводимость. Трехвалентные атомы примеси называются акцепторными. Акцепторные энергетические уровни лежат в запрещенной зоне весьма близко к ее верхнему краю. Для полупроводников IV группы периодической системы элементов наиболее важными акцепторными примесями являются элементы III группы-галлий, индий, таллий. [c.351]

Из энергетических диаграмм электронных и дырочных полупроводников (рис. 3.5, г, е) видно, что уровни доноров Wд и акцепторов Wa расположены в запрещенной зоне уровни Шд - вблизи зоны проводимости, а уровни Wa -вблизи потолка валентной зоны. Отрыв лишнего электрона от донора или добавление недостающего электрона к акцептору требует затраты энергии ионизации Wua , показанной на диаграммах. [c.51]

Рабочий температурный диапазон примесных полупроводников ограничен снизу температурой полной ионизации примесей, а сверху - критической температурой истощения, при которой примесный полупроводник превращается в собственный. В рабочем диапазоне можно считать все примесные атомы полностью ионизированными и пренебречь собственной концентрацией по- [c.58]

На рис. 3.15 показаны кривые температурной зависимости а/ас для кре.м-ния, содержащего различные качества примеси. Точка а соответствует температуре истощения примеси, точка б - температуре ионизации, при которой примесный полупроводник превращается в собственный. [c.64]

При наличии в полупроводнике примеси его оптическое поглощение может быть связано с ионизацией примеси или возбуждением электрона нейтральной примеси в кристалле. Это поглощение называют примесным. При ионизации примеси энергия поглощенного кванта света расходуется на переход с донорных уровней в зону проводимости и из валентной зоны на акцепторные уровни. [c.70]

На рис. 8.4 представлена температурная зависимость полупроводника с различной концентрацией примеси. Повышение удельной проводимости полупроводника с увеличением Т в области низких температур обусловлено увеличением концентрации свободных носителей заряда за счет ионизации примеси (рис. 8.4, участки аЬ, de, kl). [c.272]

При дальнейшем повышении температуры наступает истощение примеси — полная ее ионизация. Собственная же электропроводность заметно еще не проявляется. В этих условиях концентрация свободных носителей практически от температуры не зависит и температурная зависимость удельной проводимости полупроводника [c.273]

С помощью кривых, изображенных на рис. 8.4, можно находить ширину запрещенной зоны полупроводника и энергию ионизации примесей. [c.273]

У реальных полупроводников ход этих кривых может отличаться из-за того, что в материалах, применяемых на практике, имеется не один, а несколько видов примесей, у которых энергия ионизации (активации) различна. [c.273]

Возрастание проводимости обусловлено ростом числа носителей заряда, так как под влиянием поля они легче освобождаются тепловым возбуждением. При дальнейшем росте поля может появиться механизм ударной ионизации, иногда приводящий к разрушению структуры полупроводника. [c.250]

Поскольку концентрация и время жизни носителей тока в данном полупроводниковом приборе специально контролируются в процессе его изготовления, то эти характеристики предопределяют конкретную область применения прибора. Отклонения от заданных условий работы приводят к изменениям рабочих характеристик прибора, а они в свою очередь могут повлиять на работу всей цепи, в которую он входит. Иначе говоря, электрические свойства полупроводников зависят от типа и количества нарушений в кристаллической решетке. Поэтому не удивительно, что высокоэнергетические частицы, вызывая образование структурных дефектов и ионизацию атомов при прохождении через кристаллическую решетку, резко изменяют электрические свойства полупроводников. Ниже мы будем рассматривать как дефекты любые отклонения от нормальной кристаллической решетки и, в частности, инородные атомы, вакантные места в решетке (вакансии), промежуточные атомы (междоузлия), электроны и дырки в количествах, превышающих их равновесные концентрации, и т. д. Эти нарушения кристаллической решетки можно рассматривать как точечные, а нарушения другого типа — дислокации — как линейные дефекты. [c.278]

При бомбардировке заряженными частицами большая часть их энергии расходуется на ионизацию материала мишени. Число актов ионизации зависит от общей величины потерянной энергии. Для образования пары ионов в газах требуется энергия от 25 до 45 эв. В полупроводниках энергия образования пары электрон — дырка составляет 3— [c.281]

Откладывая по оси абсцисс 1/Т, а по оси ординат In а , получаем прямую, образующую с осью ординат угол по величине которого можно определить энергию ионизации примеси . Таким образом, участок аЬ отвечает примесной проводимости полупроводника, возникающей вследствие ионизации примесных атомов, приводящей к появлению примесных носителей заряда. [c.192]

Термоэлектронная ионизация Френкеля. Электрическое поле ё, созданное в полупроводнике, действует на электрон, связанный с атомом примеси, с силой F = —q S н тем самым понижает потенциальный барьер, удерживающий его около атома. Это приводит к. увеличению вероятности перехода электрона в зону проводимости и росту концентрации свободных электронов в полупроводнике в. области низких температур (до истощения примеси). Теория этого, явления, получившего название термоэлектронной ионизации, бы- ла развита Я. И. Френкелем. [c.196]

Следует, однако, иметь в виду, что если примесные атомы уже ионизированы, то примесное поглощение наблюдаться не будет. Так как температура истощения примеси падаете уменьшением энергии ее ионизации, то для наблюдения длинноволнового примесного поглощения необходимо охлаждение полупроводника до достаточно низкой температуры. Так, например, спектр примесного поглощения германия, легированного золотом (энергия ионизации примеси = 0,08 эВ, граница поглощения л 9 мкм), наблюдается при температуре жидкого азота (77 К), в то время как при легировании германия сурьмой ( = 0,01 эВ, = 135 мкм) примесное поглощение можно наблюдать лишь при гелиевых температурах (4 К). [c.323]

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]

ДОНОРНАЯ ПРЙМЕСЬ — примесь в полупроводнике, ионизация к-рой приводит к переходу электрона в зону проводимости или на уровень акцепторной при-леси. Типичный пример Д. п.— примеси элементов V группы (Р, As, Sb, Bi) в элементарных иолупровод-никах IV группы — Се и Si. В сложных полупроводниках роль Д. п. могут играть атомы элсктроположпт. элементов (Си, Zn, d, Hg и др.), избыточные по отношению 1ч составу, соответствующему стехиометрич. ф-ле полупроводника. [c.15]

ДОНОР (от лат. dono — дарю), примесный атом в полупроводнике, ионизация к-рого (в результате теплового движения или внеш. воздействия) при- [c.183]

В области очень низких температур, когда ионизация примесных уровней перестает быть полной, уровень Ферми занимает промежуточное положение (конкретно для донорного полупроводника) между донорным уровнем и дно.м зоны проводимости. Общий ход изменения положения уровня Ферми с температурой внутри запрещенной зоны (в отсут-ств1ие Вырожяен1ия) пю,каза1Н на рис. 43, где пунктиром обозначено положение уровня Ферми в собственной области (а — донорный образец, б — акцепторный). [c.118]

В почти чистых полупроводниках при низких температурах немногочисленные примесные атомы, содержащиеся в кристалле, нейтральны. Слабое электрическое поле (5— 30 В/см) может, однако, ионизировать эти примеси. Последнее приводит к тому, что свободные носители, возникшие в результате ионизации, экранируют кулоновское взаимодействие между электронами и дырками, уменьшая вероятность образования экситона и приводя к исчезновению экситопного пика в спектре поглощения. [c.164]

Малая энергия ионизации означает, что уже при температуре значительно ниже комнатной пятивалентные атомьЕ примеси ионизуются и отдают свой электрон в зону проводимости, а при комнатной температуре практически все атомы пятивалентной примеси оказываются полностью ионизованными. Подавляющее число электронов в зоне проводимости при комнатной температуре образуется за счет пятого электрона примесных атомов. Число же электронов в зоне проводимости в результате переходов из валентной зоны, обусловливающих естественную проводимость полупроводника, очень мало по сравнению с числом электронов от примесных атомов. Поэтому примесная электронная проводимость оказывается доминирующей по сравнению с естественной, а дырочная проводимость пренебрежимо мала. Пятива- [c.351]

Зависимости положения уровня Ферми от температуры в примесных полупроводниках п- и р-типов показаны на рис. 3.10, а, б. Рассмотрим характер этих зависимостей на примере полупроводника п-тшта (рис. 3.10, а). В области низких температур переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости можно пренебречь и считать, что все электроны в зоне проводимости появляются в результате ионизации доноров. Аналогично (3.12) выражение для уровня Ферми при низких температурах можно записать в виде [c.56]

На энергетической диаграмме наличие примеси в решетке полупроводника будет характеризоваться появлением локального уровня, лежащего в запрещенной зоне. Так как при ионизации атома мышьяка образуется свободный электрон и для его отрыва требуется значительно меньшая энергия, чем для разрыва ковалентных связей кремния, то энергетический уровень дойорной примеси [c.270]

Под воздействием внешнего электрического поля напряженностью Е на полупроводник его энергетические зоны становятся наклонными. о происходит из-за добавления к энергии электрона в полупроводнике в случае отсутствия внешнего поля дополнительной энергии, обусловленной внешним электрическим полем. Как видно из рис. 8.5 (горизонтальные переходы / и 2), в сильном электрическом поле при наклоне зон возможен переход электрона из валентной зоны и примесных уровней в зону проводимости без изменения энергии — путем туннельного просачивания электронов через запрещенную зону. Этот механизм увеличения концентрации свободных носителей под действием сильного электрического поля называют электростатической ионизацией. Она возможна в электрических полях с напряженностью порядка Id В/м. Если свободный электрон под действием внешнего электрического поля приобрета- [c.274]

Температурная зависимость проводимости. Отличительной особенностью полупроводников является рост их проводимости с температурой. Повышение, температуры полупроводника с атомной решеткой сравнительно слабо сказывается на подвижности и, но оказывает сильное влияние на концентрацию носителей. Значе1н1я энергии ионизации доноров и акцепторов значительно ниже энергии запрещенной зоны Fo, поэтому при невысоких температурах проводимость [c.174]

Примеси внедрения. Структуры типа алмаза. Тип электропроводности определяется размерами и электроотрицательностью примесных атомов, внедряющихся в междоузлия решеток полупроводников IV группы периодической системы. Эксперимент показывает, что, в противоречие с указанным выше правилом валентности, литий (I группа), внедряясь в междоузлия решетки германия, будет донором, а кислород (VI группа) — акцептором. Внедрение большого по размерам атома лития в тесные междоузлия решетки германия оказывается возможным только после его ионизации вследствие слабой связи валентного электрона, легко о грыва-ющегося от своего атома в среде с большой диэлектрической проницаемостью (б германия-16). Образовавшийся ион лития меньших размеров может уже внедряться в тесные междоузлия решетки, а освободившийся электрон обусловливает электропроводность п-типа. Внедрение в междоузлия решетки полупроводника атомов кислорода, имеющих сравнительно небольшие размеры и большую электроотрицательность, приводит к захватам электронов из атомов полупроводника, вследствие чего возникает электропроводность р-типа. Если атом Ge или Si под влиянием энергетического воздействия перебрасывается в междоузлие, то образуются два примесных уровня донорный внедренного атома и акцепторный пустого узла. [c.236]

Избыток электронов и дырок, временно образовавшийся в полупроводнике под действием излучения, увеличивает электропроводность материала а. В равновесном состоянии в полупроводниках скорости ионизации и рекомбинации электронов равны. Равновесные концентрации электронов пи дырокр, определяемые только температурой материала, связаны соотношением пр = п, которое означает, что концентрации основных и неосновных носителей независимы друг от друга, так как для данного материала при данной температуре величина щ постоянна. Электропроводность в этом случае определяется выражением [c.311]

Изменение энергии ионизации примеси при увеличении ее концентрации объясняется тем, что с ростом расстояние между примееными атомами уменьшается и взаимодействие между ними растет. При достаточно высокой Л/п это взаимодействие становится столь значительным, что примесный уровень (рис. 6.7, б) размывается в примесную зону (рис. 6.7, в), ширина которой увеличивается по мере сближения атомов. При некоторой концентрации примеси эта зона расширяется настолько, что сливается с зоной проводимости (рис. 6.7, г), вследствие чего, энергия ионизации примесных атомов обращается в нуль, а концентрация электронов в зоне проводимости перестает зависеть от температуры (верхняя кривая на рис. 6.7, а). Уровень Ферми у таких полупроводников находится в зоне проводимости, и состояния у дна зоны заселены практически полностью (/ ( ) 1), как у металлов. Однако с по- [c.169]

Лавинный пробой. В достаточно широких р — -переходах при высоких обратных напряжениях неосновные носители могут приобретать в поле перехода настолько высокую кинетическую энергию, что оказываются способными вызывать ударную ионизацию полупроводника (см. 7.5). В этом случае происходит лавинное нарастание обратного тока, приводящее к лавинному пробою перехода. В области пробоя нзмененне обратного тока с ростом напряжения является очень крутым (кривая 3, рис. 8.24). Этот эффект используется для стабилизации напряжения. - Диоды, предназначенные для работы в таком режиме, называются стабилитронами. Они изготовляются из кремния, так как кремниевые диоды имеют весьма крутую обратргую ветвь и в широком диапазоне рабочих токов у них не возникает теплового пробоя, приводящего к появ-леш-по на обратной ветви ВАХ участка с отрицательным сопротивлением, как это имеет место у германиевых приборов (кривая /, рис. 8.24). [c.239]

ФОСФОРЕСЦЕНЦИЯ — люминесценция, продолжающаяся значительное время после прекращения ее возбуждения ФОТО ДЕЛЕНИЕ — деление атомного ядра гамма-квантами ФОТОДИССОЦИАЦИЯ—разложение под действием света сложных молекул на более простые ФОТОИОНИЗАЦИЯ — процесс ионизации атомов и молекул газов под действием электромагнитного излучения ФОТОКАТОД — холодный катод фотоэлектронных приборов, испускающий в вакуум электроны под действием оптического излучения ФОТОЛИЗ— разложение под действием света твердых, жидких и газообразных веществ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ—люминесценция, возникающая под действием света ФОТОМЕТРИЯ— раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом ФОТОПРОВОДИМОСТЬ изменение электрической проводимости полупроводника под действием света ФОТОРЕЗИСТОР — полупроводниковый фотоэлемент, изменяющий свою электрическую проводимость под действием электромагнитного излучения ФОТОРОЖ-ДБНИЕ — процесс образования частиц на атомных ядрах и нуклонах под действием гамма-квантов высокой энергии ФОТОУПРУГОСТЬ — возникновение оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления в первоначально оптически изотропных телах при их деформации [c.293]

А. п. характеризуется энергией, необходимой для такого перехода (энергией ионизации А. п. Sj). А. п. с энергией ионизации порядка тепловой энергии кТ (.мелкие А, п.) описываются водородоподобной моделью. Энергия ионизации такой А. п. в e. mjm раз меныпе энергии ионизации атома водорода - 10 эВ (е — диэлектрическая проиицае.жостъ полупроводника, гл(, — масса свободного электрона, т — эффективная масса дырок) порядка 10—100 мэВ. [c.58]

Носители заряда разогреваются не только пост, током, но также при поглощении ими эл.- магн. излучения, Возникающее при этом изменение электропроводности полупроводника представляет собой один из механизмов фотопроводимости ir используется для создания чувствительных приёмников излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Г. э. возникают также при генерации носителей заряда светом с энергией фотонов Доз, превышающей ширину запрещённой зоны g на величину, значительно б6льн1ую а также (в случае примесных полупроводников) светом с энергией фотонов, существенно превышающей энергию ионизации примесных центров (фоторазогрев). Часть фотоэлектронов, создаваемых в полупроводнике р-типа светом с рекомбинирует с дырками [c.520]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...