Электроны в полупроводнике

Цель третьей главы — Статистика электронов в полупроводниках и металлах — пояснить эффекты вырождения электронного газа и показать на примере легированных полупроводников определяющую роль концентрации свободных носителей заряда. [c.3]

СТАТИСТИКА ЭЛЕКТРОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И МЕТАЛЛАХ [c.99]

После интегрирования (3.6) получаем выражение для концентрации свободных электронов в полупроводнике [c.54]

Если время жизни свободных электронов в полупроводнике равно т, то в единицу времени число электронов в зоне проводимости уменьшается на Ди/т. [c.71]

С повышением температуры число свободных электронов в полупроводнике возрастает, а с понижением температуры до абсолютного нуля —убывает вплоть до нуля. Таким образом, электропроводность веществ при различных температурах может быть существенно различной. [c.14]

Полупроводники G ионными решетками ( dS, PbS, оксиды). Экспериментальные данные о ионных полупроводниках показывают, что в оксидах и сульфидах большей частью наблюдается следующая закономерность. Если полупроводник может обладать электропроводностью п- и >-типов, как, например, PbS, то избыток серы по отношению к его стехиометрическому составу или примесь кислорода вызывает у него дырочную электропроводность, и избыток металла — электронную. В полупроводниках с одним типом примесной электропроводности увеличение числа дырок в полупроводнике р-типа получается за счет избытка кислорода или серы, а увеличение числа электронов в полупроводнике и-типа — за счет уменьшения числа этих элементов. Из опыта известно, что выдержка Си О (дырочный полупроводник) в печи с кислородной средой ведет к увеличению проводимости, а ZnO (электронный полупроводник) — к уменьшению ее. [c.236]

Большая подвижность может быть обусловлена малой эффективной массой носителя заряда т и большим временем свободного пробега или, точнее, временем релаксации Tq. В полупроводниках элективная масса носителей заряда может быть как больше, так и меньше массы свободного электрона. Время релаксации, характеризующее спадание тока после снятия поля, обусловливается процессами рассеяния движущихся в полупроводниках электронов. Чем больше частота столкновений и чем они интенсивнее, тем меньше время релаксации, а следовательно, и подвижность. При комнатной температуре средняя скорость теплового движения свободных электронов в невырожденном полупроводнике и в диэлектрике (если они в нем имеются) около 10 м/с. При этом эквивалентная длина волны электрона будет около 7 нм, тогда как в металлах она составляет примерно 0,5 нм. Таким образом, вследствие большей длины волны электрона в полупроводнике и в диэлектрике по сравнению с металлом, неоднородности порядка размеров атома мало влияют на рассеяние электронов. У некоторых чистых полупроводников подвижность может быть очень большой, 10 м /(В-с) и выше, у других она меньше 10" mV(B- ). Вычисляемая по последнему значению длина свободного пробега составляет лишь долю межатомных расстояний в решетках. Физический смысл требует, чтобы длина свобод- [c.240]

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]

Из рис. 9.3, 6 видно, что электроны, переходящие в левом контакте из полупроводника в металл, обладают в полупроводнике большей энергией, чем в металле, на величину, равную — [х + + , где —[д, — высота барьера, с которого скатываются электроны, поступающие из полупроводника в металл — средняя энергия электронов в полупроводнике, участвующих в создании тока. Она не равна средней тепловой энергии электронов 3/2 kT, как может показаться с первого взгляда, так как относительная роль быстрых электронов в формировании электрического тока выше, чем медленных. Для невырожденного электронного газа расчет показывает, что [c.264]

Как и свободные электроны, частицы Э. г. подчиняются Ферми — Дирака статистике. Э. г.— газ фермионов. Малое число электронов в полупроводниках (по сравнению с металлами) иногда позволяет для описания свойств Э, г. в полупроводниках использовать Болы)мана статистику. [c.573]

Свойства полупроводника зависят от ширины запрещенной зоны. Запрещенная зона — область значений энергии, которыми не могут обладать электроны в полупроводнике [9]. [c.335]

Принцип работы полупроводникового лазера может быть объяснен следующим образом. Согласно квантовой теории электроны в полупроводнике могут занимать две широкие энергетические полосы (рис. 14). Нижняя представляет собой валентную зону, а верхняя — зону проводимости. В нормальном чистом полупроводнике при низкой температуре все электроны связаны и занимают энергетический уровень, расположенный в пределах валентной зоны. Если на полупроводник подействовать электрическим током или световыми импульсами, то часть электронов перейдет в зону проводимости. В результате перехода в валентной зоне окажутся свободные места, которые в физике называют дырками . Эти дырки играют роль положительного заряда. Произойдет [c.36]

В этом параграфе мы обсудим одну интересную и пока не решенную до конца проблему квантовой кинетической теории, которая в последнее время привлекла к себе внимание в связи с экспериментами по воздействию короткими и мощными лазерными импульсами на вещество [94, 150]. Большая часть экспериментальных [150] и теоретических [94] исследований относится к возбуждению лазерными импульсами электронов в полупроводниках. [c.308]

Типичные значения длительности лазерных импульсов в экспериментах по возбуждению электронов в полупроводниках Аг = 10 -10 с. [c.308]

Теория горячих электронов в полупроводниках. До сих [c.100]

Принятые сокращения газообразный — (г.) жидкий — (ж.) твердый — (тв.) р — концентрация дырок в полупроводнике п — концентрация электронов в полупроводнике. [c.507]

Глава 8 СТАТИСТИКА ЭЛЕКТРОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [c.55]

При изучении горячих электронов в полупроводниках было обнаружено, что при постоянном внешнем электрическом поле, напряженностью (1 2) -10 В/м, в арсениде галлия возникают электрические колебания. Это явление получило название эффекта Ганна. [c.68]

При воздействии внешнего электрического поля с напряженностью Е на полупроводник его энергетические зоны становятся наклонными. Это происходит благодаря тому, что во внешнем электрическом поле электрон приобретает дополнительную энергию, равную = —еЕх, зависяш,ую от координаты х. Прибавляя эту энергию к энергии электрона в полупроводнике в отсутствие внешнего электрического поля, получаем наклон энергетических зон во внешнем электрическом поле [c.69]

Электроны во внешних оболочках атомов, молекул, кристаллических структур или электроны в плазме могут осуществлять неупругое рассеяние электромагнитного излучения на молекулярных колебаниях, на оптических и акустических колебаниях кристаллов или на других возбужденных состояниях твердых тел и плазменных систем. Если коэффициент усиления принимает достаточно большие значения, то всегда присутствующие оптические потери могут быть скомпенсированы, и тогда становится возможным переход от спонтанного к вынужденному рассеянию при этом свойства рассеянного излучения качественно изменяются (ср. ч. I, разд. 4.21). Вынужденное комбинационное рассеяние может быть обнаружено на большом числе частиц, квазичастиц и возбужденных состояний и влечет за собой большое многообразие явлений [3.1-10,3.1-11]. В дальнейших рассуждениях данного раздела будет рассмотрен эффект комбинационного рассеяния на колебаниях молекул, комбинационное рассеяние на длинноволновых оптических фотонах н на фонон-поляритонах, а также комбинационное рассеяние, связанное с процессами переворачивания спинов электронов в полупроводниках. [c.350]

В таблицах при отсутствии дополнительных обозначений приведены данные для твердого иоликристалличе-ского состояния. В других случаях приняты сокращения (м/к) — монокристаллическое состояние (в случае, когда для вещества приведены данные для монокристалли-ческого и поликристаллического состояний, во избежание ошибок специально выделено значение поликристаллического состояния — (п/к) )с ц и Х1 —восприимчивости, измеренные вдоль и перпендикулярно оси наиболее высокой симметрии x > X . Хс — восприимчивости вдоль направлений векторов трансляций элементарной ячейки данной кристаллической решетки (г) — газообразное, (ж) — жидкое, (ТВ) — твердое состояние (р) — раствор р — концентрация дырок в полупроводнике п— концентрация электронов в полупроводнике Тал — температура плавления Твсп — температура испарения АГ — интервал температур, в котором температурная зависимость х следует закону Кюри — Вейсса, прочерк в таблицах означает, что значение температуры измерения в оригинальной работе не приведено. [c.594]

Движение электронов в полупроводнике удобно описывать, пользуясь понятием средней длины свободного ipo6era 2, равной среднему пути, который пооходит электрон между двум. последовзтельньми актами рассеяния. Если бы электрон уже в единичном акте рассеяния полностью терял свою скорость в первоначальном направлении,то [c.60]

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]

В отличие от собственных полупроводников, в которых проводимость осуществляется одновременно электронами и дырками, в примесных полупроводниках проводимость обусловливается в основном носителями од1Юго знака электронами в полупроводниках донорного типа и дырками в полупроводниках акцепторного типа. Эти носители называются основными. [c.170]

Стимулированное излучение. Рассматривая процессы возбунаде-ния электронов в полупроводниках под действием света и свечение, которое возникает при излучательной рекомбинации электроннодырочных пар, мы оставили без внимания важный вопрос о влиянии самого излучения на переходы возбужденных электронов в нормальные состояния, на особенность излучения, возникающего в этих условиях при таких переходах, и возможность их практического использования для усиления и генерации электромагнитных колебаний. [c.333]

В статистич. теории в общем случае сред, состоящих из взаимодействующих частиц, Н. с. определяется зависящей от времени ф-цией распределения всех частиц по координатам и импульсам или соответствующим статистич. оператором. Однако такое определение Н. с. имеет слишком общий характер, обычно достаточно описывать Н. с. менее детально, на основе огрублённого иля т. и. сокращённого описания. Напр., для газа малой плотности достаточно знать одночастичную ф-цию распределения по координатам и импульсам любой из частиц, удовлетворяющую кинетическому уравнению Больцмана и полностью определяющую ср. значения длотностен энергий, импульса и числа частиц и их потоки. Для состояний, близких к равновесному, можно получить решение кинетич. ур-ния, зависящее от Т(х.1),. i x,t), и(х,1) и их градиентов и позволяющее вывести ур-ния переноса для газа. Однако ф-ция распределения по энергиям для частиц газа в стационарном Н. с. может сильно отличаться от равновесного распределения Максвелла. Напр., для электронов в полупроводниках в сильном электрич. поле, сообщающем электронам большую энергию, теряет смысл даже понятие темп-ры электронов, а ф-ция распределения отличается от максвелловской и сильно зависит от приложенного поля. [c.328]

Детекторные . СВЧ строятся на основе сосредоточенных детекторов на ДБШ и распределённых болометров. Гаковыми являются электронные болометры на разогреве электронов в полупроводнике п — InSb и сверхпроводниковых плёнках, а также обычные болометры на разогреве материала болометра (напр., полупроводника Ge и сверхпроводниковых плёнок). Оса. характеристики детекторных Р. предельная чувствительность Рцр (для возможности сравнения раэл. детекторных Р. эта величина приводится к приёмной площадке 5=1 см я полосе усилителя детектируемого сигнала AF — 1 Гц) предельная частота модуляции принимаемого сигнала F , при к-рой амплитуда детектируемого сигнала уменьшается в е раз (в болометрах связана со скоростью отвода тепловой энергии от электронов в электронных болометрах вли от всего приёмного элемента в обычных болометрах) рабочая темп-ра Гр рабочий диапазон длин волн (табл.). [c.230]

При низких темп-рах (Г ЮОК) термоэдс увлечения в полупроводниках достигает значений порядка десятков мВ/К и намного превосходит диффузионную термоэдс. Большая величина термоэдс увлечения объясняется тем, что в полупроводниках с электронами взаимодействуют только длинноволновые фоноиы с импульсами д<2р р импульс электрона), длина пробега к-рых значительно больше лшны пробега электронов. В полупроводнике с простой структурой зоны проводимости (см. Зонная тео-ри.ч) коэф. термоэдс увлечения [c.201]

Получение СКИ пико- и фемтосекундной длительности позволило перейти к изучению динамич. картины быстро-протекающих процессов, имеющих важное значение практически для всех областей знания. К таким процессам относятся релаксация колебат. и электронного возбуждений, внутр. движение молекул, элементарные стадии хим. реакций, релаксация фотовозбуждённых электронов в полупроводниках, первичные стадии преобразования света в фотосинтезирующих и зрительных пигментах и др. [К 2 J, Исследования этих временных явлений—активно развивающаяся область науки, имеющая междисциплинарный характер. [c.280]

Если блоховскую волновую функцию (6.24) подставить в волновое уравнение Шрёдингсра, описывающее движение электрона в полупроводнике, то окажется, что разрешенные значения энергии электронов E = E k) попадают в зоны, среди которых низшая заполненная зона называется валентной, а следующая, более высокая — зоной проводимости. Появление зонной структуры связано с дифракцией Брэгга блоховской волновой функции на периодическом кристаллическом потенциале. Однако существование валентной зоны и зоны проводимости можно объяснить с помощью несложных физических соображений. Рассмотрим для простоты случай натрия, в котором каждый атом имеет 11 электронов. Десять из них тесно связаны с ядром и образуют положительный ион с зарядом е. Одиннадцатый электрон движется по орбите вокруг этого иона. Обозначим энергии этого последнего электрона в основном и первом возбужденном состоянии через и Е2, а соответствующие волновые функции ijji и il]2. Рассмотрим теперь два атома натрия, расположенные на некотором расстоянии d. Если d много больше размеров атома, то два атома не будут взаимодействовать друг с другом и энергии обоих состояний не изменятся. По другому это можно выразить следующим образом. Если рассматривать, например, два атома в их энергетических состояниях то одноэлектронный уровень энергии двухатомной системы по-прежнему равен В], и этот уровень дважды вырожден. Действительно, полную волновую функцию можно выразить через комбинацию двух волновых функций ijJiA и причем эти две функции [c.403]

Концентрация свободных электронов в полупроводнике равна N. Электроны располагаются в долине, для которой тензор эффективных масс имеет главные компоненты т , Шу, (анизо- [c.86]

Блекмор Дж., Статистика электронов в полупроводниках (перев. с англ,), Мир , 1964. [c.430]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...