Концентрация носителей в полупроводниках в собственном полупроводнике

Концентрации носителей Па и ра называют равновесными они устанавливаются при наличии термодинамического равновесия. В таком полупроводнике скорость тепловой генерации носителей заряда (генерации за счет теплового возбуждения) равна скорости их рекомбинации. Поэтому По и ро остаются постоянными при неизменной температуре. В собственном беспримесном полупроводнике Па=Ро, носители генерируются и рекомбинируют парами. В примесных полупроводниках с донорными примесями (п-полупроводниках) По>ро, а в полупроводниках с акцепторными примесями (р-полупроводниках) п <ро, здесь наряду с парными процессами происходят также одиночные процессы генерации и рекомбинации носителей. Определяемая выражением (7.3.1) проводимость Оо называется равновесной. Она обусловливает электрический ток, возникающий в неосвещенном полупроводнике при приложении к нему раз-и сти потенциалов (так называемый темповой ток). [c.174]

Учитывая, что в собственном полупроводнике n=p=rti, определим собственную концентрацию носителей заряда [c.247]

В ЭТОМ случае выражение для концентрации носителей в вырожденном собственном полупроводнике примет вид [c.248]

В собственном полупроводнике, где нет никаких примесей и дефектов, время релаксации определяется рассеянием носителей на фононах. При обсуждении закона Видемана — Франца мы отмечали (гл. 6), что средняя длина свободного пробега электрона обратно пропорциональна концентрации фононов [формула (6.103)], которая, в свою очередь, в области высоких температур пропорциональна температуре. Таким образом, [c.250]

Учитывая (7.162) и (7.164), а также полученные выше выражения для концентрации носителей в невырожденных (7.157) и вырожденных (7.147) полупроводниках, можем сделать вывод о температурной зависимости электропроводности собственных полупроводников. Так, например, электропроводность невырожденных собственных полупроводников увеличивается с ростом температуры по экспоненциальному закону. [c.250]

Концентрация свободных носителей заряда в собственном полупроводнике о = Ро = Щ согласно (8.9) экспоненциально зависит от температуры [c.60]

В собственном полупроводнике носителями заряда являются свободные электроны и дырки, концентрации которых одинаковы. При наличии внешнего электрического поля плотность электронной состав- [c.63]

Рис. 3.20. Зависимость концентрации носителей в собственном полупроводнике от температуры

Соотношения (28.24) и (28.23) дают возможность выразить концентрации носителей в несобственном полупроводнике через их значения для собственного [c.198]

Рассмотрим полупроводник, в котором на единицу объема приходится Nd донорных и Na акцепторных примесей. Чтобы определить концентрации носителей, мы должны обобщить условие П(. = р [см. (28.18)], которое позволило нам найти эти концентрации в случае собственного (чистого) полупроводника. Мы можем сделать это, рассмотрев для начала электронную конфигурацию при Г = 0. Пусть Nd Na [случай Na С Na рассматривается аналогично и ведет к тому же результату (28.35)1. Тогда в единице объема полупроводника Na ИЗ Nd электронов, отданных донорными примесями, могут перейти на акцепторные уровни ). Это приводит к электронной конфигурации основного состояния, в которой заполнены акцепторные уровни, уровни валентной зоны и Nd — Na донорных уровней, а зона проводимости пуста. В случае термодинамического равновесия при температуре Т электроны перераспределятся между уровнями таким образом, что число электронов в зоне проводимости и на донорных уровнях станет больше, чем при Т = 0. Поскольку общее число электронов не меняется, увеличение их числа в зоне проводимости и на донорных уровнях в точности равно числу пустых уровней (т. е. дырок), + ра в валентной зоне и среди акцепторных уровней [c.205]

Следует обратить внимание на тот факт, что в электронном примесном полупроводнике концентрация неосновных носителей заряда — дырок даже меньше, чем г. собственном прн той же температуре. Это на первый взгляд непонятное явление можно объяснить следующим образом. В условиях теплового равповесия процессы тепловой генерации пар уравновешиваются процессами рекомбинации. В собственном полупроводнике скорость рекомбинации будет пропорциональна произведению концентраций заряда. Введение донорной примеси приводит к увеличению концентрации электронов в нем (/ >/г,), но не изменяет скорости рекомбинации, так как в условиях теплового равновесия скорость тепловой генерации остается постоянной при постоянной темпера- [c.22]

Концентрация носителей (электронов и дырок) в невырожденном собственном полупроводнике оказалась не зависящей от положения уровня Ферми. Она увеличивается с температурой по экспоненциальному закону с энергией активации, равной половине ширины запрещенной зоны. [c.247]

Используя формулу (3.40) для концентрации носителей заряда в собственном полупроводнике и учитывая только множители, зависящие от температуры, запишем ее в виде [c.132]

Из (3.14) следует, что это произведение постоянно для данной температуры и не зависит от характера и количества примесей, содержащихся в полупроводнике. Концентрация носителей заряда в собственном полупроводнике [c.55]

ПОЛОЖЕНИЕ УРОВНЯ ФЕРМИ И КОНЦЕНТРАЦИЯ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СОБСТВЕННЫХ И ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ [c.163]

Рассмотрим теперь отдельно положение уровня Ферми и концентрацию свободных носителей заряда в собственных и примесных полупроводниках. [c.163]

Из формулы (6.12) видно, что равновесная концентрация носителей заряда в собственном полупроводнике определяется шириной запрещенной зоны и температурой. Причем зависимость tii и Pi от этих параметров является очень резкой. Так, уменьшение Eg с 1,12 эВ (Si) до 0,08 эВ (серое олово) приводит к увеличению til и pi при комнатной температуре на 9 порядков увели- [c.163]

Таким образом, произведение равновесных концентраций основных и неосновных носителей заряда в данном полупроводнике равно квадрату концентрации собственных носителей в этом полупроводнике. Это важное соотношение, широко используемое в теории полупроводников, называют законом действующих масс, [c.171]

Примесная проводимость полупроводников. Температурная зависимость электропроводности невырожденных примесных полупроводников, как и собственных, определяется в основном температурой зависимостью концентрации носителей. Поэтому качественный характер кривой зависимости а (Т) аналогичен кривой зависимости п (Т), показанной на рис. 6.4, в. [c.191]

Область t простирается от температуры истощения примеси Т, до температуры перехода к собственной проводимости Т,-. В этой области все примесные атомы ионизированы, но еще не происходит заметного возбуждения собственных носителей, вследствие чего концентрация носителей сохраняется приблизительно постоянной и равной концентрации примеси п = Л . Поэтому температурная зависимость проводимости полупроводника в этой области определяется температурной зависимостью подвижности носителей. Есл.и [c.192]

Область d соответствует собственной проводимости полупроводника. В этой области концентрация носителей заряда при достаточно высоких температурах практически равна концентрации собственных носителей. Поэтому проводимость полупроводника в этой области [c.193]

Кремний — Si. Тип кристаллической решетки — алмаз. Температура плавления 1417°С. Плотность твердого кремния — 2330 кг/м , жидкого при температуре плавления — 2530 кг/м . Ширина запрещенной зоны при 300 К — 1,10 эВ. Собственная концентрация носителей зарядов — 10 см . Подвижность носителей заряда в беспримесном полупроводнике при 300 К электронов — 1450 mV(B с), дырок — 480 mV(B с). Коэффициент термического расширения 6,0 10" К . Кремний химически устойчив при нагреве на воздухе до 900 С, в воде нерастворим. [c.379]

Концентрация носителей тока в собственном полупроводнике будет, очевидно, экспоненциальной функцией температуры с энергией активации АЙ /2. [c.320]

При комнатной температуре /г, для германия порядка 10 м" , для кремния — 10 м" . Из (8.14) и (8.15) следует, что произведение равновесных концентраций основных и неосновных носителей заряда в выбранном полупроводнике при заданной температуре является величиной постоянной, равной квадрату концентрации электронов (или дырок) в собственном полупроводнике при этой же температуре. Это произведение не зависит от степени легирования полупроводника при отсутствии вырождения. [c.59]

Рис. 7.17. Зависимость концентрации носителей в собственном полупроводнике от температуры, построенная в координатах 1пиь от l/T"

Концентрация носителей. Предположим, что в полупроводнике имеются доноры с концентрацией N . Аналогично тому, как это было сделано для собственного полупроводника, можно записать условие электронейтральности и из него определить положение уровня Ферми в примесном полупроводнике. Так, в области низких термодинамических температур, когда процессами переброса элек- [c.251]

В собственном полупроводнике носителями заряда являются свободные электроны и дырки, концентрации которых одинаковы. При наличии внешнего электрического поля плотность электронной составляющей тока, который протекает через собственный по-лупроводникУ т еГ зарядов переносимых за еди- [c.271]

Итак, независимо от наличия примесей, произведение концентраций электротюв н дырок в невырожденных полупроводниках всегда равно квадрату концентрации собственных носителей. Прн нормальной температуре можно считать, что ио1тзируются все примеси. Тогда, [c.174]

Проведем анализ этой формулы, считая для простоты, чтот о. того же порядка,, что и Тро. На рис. 6.10, б показана зависимость времени жизни неравновесных носителей от концентрации основных носителей. За начало отсчета принята концентрация носителей в собственном полупроводнике. Вправо от этой точки отложено отношение tijtii, влево pjtii. На рис. 6.10, а схематически показано [c.176]

Эффект Эттингсгаузена сопутствует эффекту Холла и состоит в том, что при пропускании тока через проводник, помещенный в поперечное магнитное поле (рис. 9.7), в направлении, перпендикулярном магнитному полю и току, возникает градиент температуры. Наибольшую величину этот эффект имеет в собственных полупроводниках. Как было показано в предыдущем параграфе, в таких полупроводниках электроны и дырки отклоняются магнитным полем в одну и ту же сторону (к грани С на рис. 9.7). Вследствие этого на одной грани образца концентрация электронов и дырок оказывается выше равновесной и там рекомбинация превалирует над тепловой генерацией носителей, а на другой грани (на грани D рис. 9,7), наоборот, концентрация носителей заряда ниже равновесной и там тепловая генерация преобладает над рекомбинацией. Вследствие этого тепло расходуется на генерацию электронно-дырочных пар в одной части образца и выделяется в результате их рекомбинации в другой части этого образца и в нем возникает разность температур Ti — (рис. 9.7). [c.270]

Скорость тсрмпч. генерации и рекомбинации носителей в обеднённом слое через глубокие уровни (расположеииые вблизи середины запрещённой зоны) выше по сравнению с теми же процессами в объёме полупроводника (механизм С а — Н о й с а — Ш о к л и). Напр., отношение скоростей термич. генерации в обеднённом слое и объёме порядка WnjHn,T, где п — концентрация основных носителей, W — тол-шина слоя, I — длина диффузии носителей, и — концентрация собственных носителей. В Ge, Si и др. полупроводниках, как прави.т1о, W<.1, но в легированных полупроводниках что делает этот механизм существенным. [c.448]

Поеколы зависимость подвижности носителей заряда от температуры является слабой (по сравнению с экспоиеициашной зависимостью от Т их концентрации), выражение для удельной электропроводности собственного полупроводника может быть представлено в виде [c.121]

При понижении температуры концентрация собственных носителей заряда экспоненциально убывает, а концентрация примесных носителей заряда остается постоянной до тех пор, пока примеси полностью ионизированы. При некоторой, достаточно низкой температуре, когда средняя тепловая энергия становится существенно меньше энергии ионизации примесных атомов, примесные атомы становятся только частично ионизированными и концентрация примесных носителей заряда начинает экспоненцнальио зависеть от температуры. И в собственном полупроводнике при некоторой, достаточно низкой температуре, когда концентрация собственных электронов станет меньше концентрации примесных носителей заряда, проводимость приобретает примесный характер. [c.34]

Поглощение свободными носителями. Поглощение фотонов может быть связано с переходами электронов (или дырок) с уровня на уровень в пределах одной и той же разрешенной зоны (рис. 9.4). Поглощение, связанное с этим процессом, наблюдается за краем собственного поглощения при достаточно больших концентрациях коснтелсй заряда в полупроводниках. Оно плавно возрастает с 310 [c.310]

Примеси в органических полупроводниках играют более второстепенную роль, чем в неорганических. Для многих полупроводников, таких как пирополимеры, это обусловлено высокой концентрацией собственных носителей. Вместе с тем введение в качестве примеси кислорода может проводимость в одних случаях (в / -полупроводниках) увеличивать, а в других уменьшать. Здесь играет роль не только тип проводимости основного полупроводника, но и особенности строения его молекул. [c.208]

Общие представления. Для большинства полупроводниковых приборов используются примесные полупроводники. Поэтому в практике важное значение имеют такие полупроводниковые материалы, у которых ощутимая концентрация собственных носителей заряда появляется при возможно более высокой температуре, т. е. полупроводники с достаточно широкой запрещенной зоной. В рабочем интервале температур поставщиками свободных носителей заряда являются примеси. Примесями в простых полупроводниках служат чужеродные атомы. Под примесями в полупроводниковых химических соединениях понимают не только включения атомов посторонних элементов, но и избыточные по стехиометрическому составу атомы тех самых элементов, которые входят в химическую формулу самого соединения. Кроме того, роль примесей играют всевозможные дефекты кристаллической решетки пустые узлы, атомы или ионы, оказавшиеся в междоузлиях решетки, дислокации или сдвиги, возникающие при пластической деформации кристалла, микротре-дины и т. д. (стр. 12). Если примесные атомы находятся в узлах кристаллической решетки, то они называются примесями замещения, если в междоузлиях — примесями внедрения. [c.233]

Температурная аасисимость удельной проводимости полупроводника есть результат изменения концентрации и подвижности носителей заряда (рис. 8-6). В области низких температур полупроводник характеризуется примесной электропроводностью, а в области высоких температур — собственной электропроводностью. В области примесной электропроводности приведены три кривые для различных значений концентрации примесей, вплоть до вырождения полупроводника, когда зависимость его удельной проводимости в некотором интервале температур стано-аится подобной зависимости удельной проводимости металлов. [c.243]

ФОТОПРОВОДИМОСТЬ (фоторезистивный эффект)— изменение электропроводности среды, oбy JЮвл ннoe действием эл.-магн. излучения. Ярко выражена в полупроводниках и диэлектриках. Впервые наблюдалась У. Смито.м (W. Smith, 1873) в аморфном Si (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники). Ф. возникает из-за изменения либо концентрации носителей заряда (концентрационная Ф.), либо их подвижности под действием излучения (см. Подвижность носителей заряда). В зависимости от механизма поглощения излучения различают Ф. собственную, примесную и внутризонную. [c.355]

В полупроводниках носителями заряда, обусловливающими электрическую проводимость, являются дырки-проводимости и электроны. Полу проводник, не содержащий примесей влияющих на его электропровод1 ость называется собсгвенным полупроводии ком. Электропроводимость собствен-ио полупроводника в равновесном состоянии обусловлена как дырками проводимости, так и электронами проводимости, причем их концентрации равны. Полупроводник, электропроводность которого определяется примесями, называется примесным полупроводником. Полупроводник, электрическая проводимость которого обусловлена в основном перемещением дырок проводимости, будет дырочным нолу проводником. У электронного полупроводника проводимость обусловлена в основном электронами прО водимостн. [c.568]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...