Чистые собственные полупроводники

Чистые собственные полупроводники [c.254]

Беспримесный, химически чистый полупроводник называется собственным. При температуре Т=0 К в собственном полупроводнике нет свободных носителей заряда, его электрическая проводимость а=0. [c.49]

Электрическая проводимость полупроводников, основанная на перемещении части электронов основной зоны в зону возбужденных уровней, может быть, если под действием внешних или внутренних факторов энергетический разрыв между зонами будет преодолен. К числу таких факторов относятся повышение температуры полупроводника и введение в его состав различных примесей. Проводимость химически чистых полупроводников называется собственной проводимостью, а сами полупроводники — собственными полупроводниками. Примером та- [c.281]

Химически чистые полупроводники называются собственными полупроводниками. К ним относится ряд химически чистых элементов кремний, германий, селен, теллур и др., а также многие химические соединения арсенид галлия, антимонид индия, арсе-нид индия и др. На рис. 5.6, а показана упрощенная схема зонной структуры собственного полупроводника. При абсолютном нуле валентная зона у него укомплектована полностью, зона проводимости, расположенная над валентной зоной на расстоянии Eg, является пустой. Поэтому при абсолютном нуле собственный полупроводник, как и диэлектрик, обладает нулевой проводимостью. [c.154]

Наряду с процессами образования пар электрон—дырка в полупроводнике имеет место и обратный процесс — рекомбинация электрона и дырки с переходом электрона из зоны проводимости в валентную зону и испусканием при этом кванта энергии hv. В результате действия двух процессов — образования электронов и дырок и их рекомбинации — в полупроводнике устанавливается равновесная концентрация электронов и дырок, зависящая от температуры. Чистый полупроводник, не содержащий никаких примесей, называется собственным полупроводником, так как он обладает при некоторой температуре Т собственной проводимостью . Кроме собственных полупроводников существуют также примесные полупроводники , в которых часть атомов замещена атомами примеси. [c.56]

Параметры То и То = gJo - постоянные для конструкционных металлов и их сплавов, полимеров и ионных кристаллов, совпадают по величине соответственно с периодом и частотой собственных тепловых колебаний атомов в кристаллической решетке твердого тела (равны - Ю" си 10 - Ю Гц). Параметр у характеризует структурный коэффициент, определяющий чувствительность материала к напряжению. Выражения (3.1) и (3.2) справедливы для чистых металлов, сплавов, полимерных материалов, полупроводников, органического и неорганического стекла и др. [c.124]

Характерной особенностью всех довольно чистых полупроводников (в равной мере и диэлектриков) является то, что при определенной длине волны коэффициент поглощения начинает резко убывать и вещество становится прозрачным со стороны более длинных волн. Этот участок быстрого спада коэффициента поглощения называется краем собствен н о г о п о г л о щ е н и я. [c.157]

Таким образом электропроводность в полупроводниках осуществляется перемещением отрицательно заряженных свободных электронов в зоне проводимости и положительно заряженных дырок в валентной зоне. При любой температуре количество (концентрация) электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне равны. Это справедливо для чистых полупроводников (при отсутствии атомов примеси), которые называют собственными или с собственной электропроводностью (/-типа) и обладают наименьшей для данного материала электропроводностью. [c.8]

В чистом полупроводнике, как уже указывалось, число электронов в зоне проводимости равно числу дырок в валентной зоне. Уровень Ферми при равенстве эффективных масс электронов и дырок располагается точно посредине зоны запрещенных уровней (рис. 38). На рисунке представлены вид функции Ферми полупроводника с собственной проводимостью, а также распределение электронов и дырок соответственно в зоне проводимости и валентной зоне. [c.58]

На достаточно чистых и совершенных поверхностях полупроводников плотность собственных (заполненных и пустых) поверхностных состояний в запрещённой зоне невелика и уровень Ферми на поверхности может перемещаться внутри запрещённой зоны, следуя за его положением в объёме. Поэтому при изменении типа и концентрации примесей в объёме полупроводника изменяются Ф и ток Т. э. Кроме того, электрич. поле в таких полупроводниках не экранируется зарядами поверхностных состояний и проникает в эмиттер на значит, глубину, что приводит к изменению Ф за счёт приповерхностного изгиба зон и к разогреву электронного газа полем. [c.101]

Электропроводность химически чистых полупроводников называется собственной проводимостью. Она обусловливается свободными электронами, которые при достаточно высоких температурах отрываются от нейтрального атома (электронная проводимость, или проводимость п-типа), и дырками , оставшимися от ушедших электронов, которые ведут себя как положительные заряды, значение которых равно заряду электрона (дырочная проводимость или проводимость р-типа). [c.213]

В чистом полупроводнике, проводимость которого обусловлена тепловым возбуждением, одинаковое число электронов и дырок движется в противоположных направлениях собственная проводимость). Собственная проводимость возрастает при повышении температуры. [c.91]

В кристаллах с ковалентной связью проводимость электрического тока может осуществляться как путем перемещения электронов (электронная, или п-проводимость), так и путем перемещения дырок (дырочная, или р-проводимость). Вследствие большой подвижности электронов в идеальных кристаллах химически чистого полупроводника электронная проводимость превалирует. В реальных кристаллах химически чистых германия и кремния может превалировать дырочная проводимость из-за неизбежных дефектов в упаковке атомов (дислокации вакансии границы зерен, блоков и т.д.). Проводимость в химически чистом полупроводнике называется собственной проводимостью. Однако получить химически чистые элементы весьма сложно. Вследствие этого полупроводники всегда содержат примеси, которые изменяют характер и значение проводимости. Электрическая проводимость, обусловленная присутствием примесей в полупроводнике, называется примесной. [c.587]

Качественное объяснение этих свойств графита было получено в результате расчетов, произведенных с помощью зонной модели [36, 37]. Установлено, что в направлении, параллельном слоям атомов углерода, вершина заполненной зоны электронных уровней касается дна проводящей зоны. Поэтому проводимость графита в этом направлении должна быть такой же, как и у полупроводника с собственной проводимостью при стремлении к нулю ширины запрещенной зоны. На основании расчетов, произведенных для чистого поликристаллического графита [36, 38], следует, что величина удельного сопротивления р изменяется при низких температурах пропорционально 1/Г. Присутствие химических загрязнений и физических неоднородностей приводит к появлению дополнительных уровней в месте соприкосновения заполненной валентной и пустой проводящей зон, в результате чего характер зависимости удельного сопротивления от температуры изменяется. Для графита с небольшим содержанием примеси величина удельного сопротивления должна возрастать при понижении температуры и принимать конечные значения при 0° К. Образцы очень загрязненного примесями графита должны обладать слабо выраженными. металлическими свойствами и иметь положительный температурный коэффициент даже при самых низких температурах. [c.172]

Чем чище полупроводниковый материал (отсутствие примесей), тем выше подвижность электронов и дырок и тем выше проводимость полупроводников. Все же в чистых полупроводниках собственная проводимость относительно невелика. В технических полупроводниковых материалах желаемой величины проводимости добиваются введением в очищенные полупроводниковые материалы (германий, кремний и др.) легирующих примесей. Различают до-норные (сурьма, мышьяк, фосфор) и акцепторные (индий, галлий, бор и др.) примеси. [c.261]

Чем чище полупроводниковый материал, тем больше подвижность электронов и дырок и тем выше проводимость полупроводников. В тщательно очищенных (чистых) полупроводниках собственная проводимость все же относительно невелика вследствие незначительного количества свободных носителей тока — электронов и дырок. В технических полупроводниковых материалах повышение проводимости достигают введением в тщательно очищенные полупроводники (германий, кремний и др.) легирующих примесей. [c.306]

Чем чище полупроводниковый материал, тем больше подвижность электронов и дырок и тем выше проводимость полупроводников. В тщательно очищенных (чистых) полупроводниках имеет место собственная электропроводность. При этом концентрации носителей тока равны друг другу, т. е. Л = Л р=Л, и выражение (1) принимает вид [c.243]

Очень хорошо очищенные полупроводники обнаруживают собственную проводимость, которую отличают от примесной проводимости менее чистых образцов. Когда говорят о температурной области собственной проводимости, то имеют в виду, что в этой области на электрические свойства полупроводника примеси в кристалле не оказывают существенного влияния. [c.381]

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]

Электропроводность химически чистого полупроводника оказывается возможной в тех случаях, когда ковалентные связи в кристаллах разрываются. Например, нагревание до сравнительно невысоких температур приводит к разрыву ковалентных связей, появлению свободных электронов и возникновению собственной электронной проводимости (проводимости п-типа )) чистого полупроводника. Энергия, которая должна быть затрачена для создания в кристаллах чистых полупроводников электропроводности, называется энергией активации собственной проводимости Ее значения в электрон-вольтах для различных полупро водников указаны на рис. III.3.10 в кружках. [c.244]

Для полупроводниковых соединений характерен тот же интервал значений Ко, что и для Ое и 51, но большее количество примесей имеет Ко > I я корреляция коэффициентов разделения с ковалентными радиусами примесей более слабая. Очистка полупроводниковых соединений сопряжена с большими трудностями, чем очистка элементарных полупроводников. Поэтому обычно очистку соединений начинают с очистки входящих в соединение компонентов, а затем производят синтез предварительно очищенных компонентов. Суммарное содержание остаточных примесей в исходных материалах обычно составляет величину и10 -10 %. Часто синтез совмещают с последующей дополнительной очисткой соединения путем направленной или зонной кристаллизации расплава (см. ниже). Однако, как правило, даже в чистом с химической точки зрения соединении остаются собственные дефекты, возникающие из-за отклонения состава от стехиометрического (неточности в соотношении числа атомов компонентов в соединении относительно формульного состава). К таким соединениям относятся, например, соединения [c.200]

В полупроводниках при абсолютном нуле следует ожидать, что все состояния валентной зоны заняты, а все состояния зоны проводимости свободны. Поэтому можно сказать, что энергия Ферми лежит где-то внутри энергетической шели, разделяюшей обе разрешенные зоны. При конечной температуре вероятность заполнения не есть точно единица или точно нуль это означает, что некоторое малое число электронов оказывается возбужденным в зону проводимости, а в валентной зоне возникает небольшое число дырок. Для чистого (собственного) полупроводника оба числа должны быть равны, и это требование определяет энергию Ферми. В частности, если плотность состояний вблизи дна зоны проводимости такая же, как и вблизи края валентной зоны, то энергия Ферми должна лежать точно посередине шели между зонами. Если, с другой стороны, плотность состояний валентной зоны выше, тогда энергия Ферми должна лежать ближе к зоне проводимости. Обычно приходится определять энергию Ферми при тех температурах, которые нас интересуют, и в этом случае энергия Ферми сама оказывается зависящей от температуры (см. задачу 1 настоящей главы). [c.270]

У собственных полупроводников подгруппы IVB, таких, например, как кремний, четыре валентных электрона на атом полностью заполняют зону Бриллюэна, Каждый атом кремния тетраэдрически окружен четырьмя ближайшими соседями таким образом, что образуется кубическая решетка типа алмаза фиг. 27, а) и связь между атомами является чисто ковалентной. Волновые [c.263]

Рис. Г/.5. Температурная зависимость логарифма проводимости германия при различных концентрациях трехвалентных и пятивалентных примесей [2]. Температурная зависимость проводимости особенно чувствительна к концентрации носителей. Содержание примесей влияет на концентрацию носителей при низких температурах, однако при высоких температурах концентрация носителей определяется собственными свойствами чистого кристалла полупроводника. ГЗ собственной области в температурной зависимости проводимости доминирует мнол<итель ехр(—Eg 2kвT), фигурирующий в выражении для концентрации носителей ( г — ширина энергетической щели). Поэтому график зависимости логарифма проводимости от обратной температуры в собственной области имеет вид прямой линии. Воспользуйтесь приведенными данными для оценки Ширины энергетической щели германия. Ответ 0,7 эВ.)

Собственный полупроводник. Этот случай соответствует отсутствию примесей или достаточно высоким температурам, когда свободных носителей заряда так много, что примесями можно пренебречь. Выполнение второго условия возможно в силу того, что в достаточно чистых полунроводникахУУс, Жу, [c.29]

Если кристалл является настолько чистым, что примеси вносят преиебре-жимо малый вклад в концентрацию носителей, то мы имеем дело с собственным полупроводником . В собственном полупроводнике электроны могут попасть в зону проводимости, только покинув заполненные ранее уровни в валентной зоне, оставив там вместо себя дырки. Таким образом, число электронов в зоне проводимости равно числу дырок в валентной зоне [c.197]

На свойства собственных полупроводников сильно влияют П римеси, П ричем это влияние тесно связано с валентностью примесных атомов. Так, например, чистый кремний или германий являются собственными полупроводниками и кристаллизируются в структуре ал маза, которая отличается целиком заполненной зоной с четырьмя валентными электронами иа атом. При растворении в них мышьяка или фосфора, имеющих пять валентных электронов на атом, один электрон от каждого атома может лерейти в зону проводимости, и при этом получается полупроводник п-типа. Наоборот, бор или галлий, имеющие по три валентных электрона на атом, образуют гери этом. незанятые состояния вблизи валентной зоны,. и таким образом получается полупроводник р-типа. [c.40]

Энергетический спектр электронов в чистом полупроводнике состоит из ряда зон. Первая — валентная зона и вторая — зона проводимости отделены друг от друга щелью, ширина которой Д имеет порядок величины (0,5—3) эВ. Более высокие зоны не играют никакой роли в физических явлениях в полупроводниках, и в дальнейшем мы их не рассматриваем. При температуре абсолютного нуля уровни нижней зоны полностью заняты электронами, а уровни зоны проводимости — свободны, так что кристалл не обладает проводимостью. С повышением температуры часть электронов переходит на уровни зоны проводимости, а в валентной зоне возникают вакантные места —, д1ырки . Под действием электрического поля электроны в верхней зоне могут теперь приобретать энергию и двигаться в направлении, противоположном полю, а дырки — в направлении поля. Кристалл приобретает проводимость — она называется собственной проводимостью, — которая является суммой электронной и дырочной проводимостей. [c.284]

Основную роль в образовании ростовых микродефектов в выращиваемых монокристаллах играют СТД — вакансии и межузельные атомы. В реальных условиях выращивания монокристаллов, уже на достаточно малых расстояниях от фронта кристаллизации возникают значительные пересыщения по СТД, обусловленные резкой температурной зависимостью их равновесных концентраций в алмазоподобных полупроводниках. Образующиеся избыточные неравновесные СТД аннигилируют на стоках, в качестве которых выступают боковая поверхность слитка и присутствующие в его объеме более крупномасштабные дефекты, прежде всего, дислокации. По отношению к СТд дислокации являются практически ненасыщаемыми стоками. С учетом высокой подвижности СТД при высоких температурах сток на дислокации (при достаточно высокой плотности последних в кристалле) играет основную роль в снятии пересыщения. Однако бездислокационные монокристаллы лишены такого рода эффективных внутренних стоков, а боковая поверхность слитка в силу чисто диффузионных ограничений не может обеспечить снятия пересыщения. В результате, в объеме кристалла образуются пересыщенные твердые растворы СТД, которые в процессе посткристаллизацион-ного охлаждения распадаются с образованием специфических агрегатов, получивших название микродефекты . Следует отметить, что в литературе отсутствует единая точка зрения по поводу определения понятия микродефект . Под этим термином мы будем понимать локальные нарушения периодичности кристаллической решетки, представляющие собой скопления точечных дефектов (собственных или примесных), не нарушающие фазового состояния основного вещества, а также дисперсные выделения второй фазы микронных и субмикронных размеров. [c.48]

Описанные выще процессы относятся к полупроводнику с так называемой собственной проводимостью. Проводимость идеально чистых образцов германия и кремния должна быть собственной проводимостью. Для таких материалов при подсчете подвижностей носителей тока должно учитываться только рассеивание на тепловых колебаниях рещетки. Найдено, что и пропорциональны Г / . Поэтому удельное сопротивление должно описываться выражением р = где А — постоянная. [c.161]

В тех случаях, обнаружили СТС, что позволило уточнить наши представления о строении атомарно-чистых поверхностей этих полупроводников [Р18]. когда ядра парамагнитных атомов обладают собственным магнитным моментом, в спектре ЭПР возникает сверхтонкая структура СТС) за счет дополнительного зеемановского расщепления уровней в магнитном поле ядра. Количество компонент СТС равно 2/я(4 + 1), где — спиновое число ядра. Исследования СТС парамагнитных центров в строго упорядоченном объеме кристалла дает уникальную информацию о симметрии волновых функций неспаренных электронов, о степени переноса электронной плотности между aтo laми, определяющими ковалентность химических связей, и о характеристиках ядерных магнитных полей. В неупорядоченной поверхностной фазе информативность СТС, естественно, ниже, но константы расщепления все равно позволяют более определенно судить о конфигурации парамагнитных атомов на поверхности. [c.144]

На первых порах накопление достоверной информации о полупроводниках существенно задерживалось тем обстоятельством, что экспериментальные данные чрезвычайно чувствительны к чистоте образца. Примером может служить фиг. 28.2, где изображенно удельное сопротивление германия в зависимости от Т для различных концентраций примесей. Отметим, что даже столь малые концентрации, как несколько примесей на 10 атомов, могут приводить к заметным эффектам и сопротивление может изменяться при данной температуре в 10 раз при изменении концентрации примесей только в 10 раз. Отметим также, что при повышении температуры сопротивление образца с заданной концентрацией примесей достигает значения, лежащего на общей для всех образцов кривой. Это предельное сопротивление, которое имел бы, очевидно, идеальный, совершенно чистый образец, носит название собственного сопротивления. [c.186]

Во внешнем электрическом поле электроны перемещаются в сторону, противоположную направлению напря-жепности электрического поля. Положительные дырки перемещаются в направлении напряженности электрического поля, т. е. в ту сторону, куда двигался бы положительный заряд под действием электрического поля. Процесс перемещения электронов и дырок во внешнем поле происходит 110 всему кристаллу полупроводника. Электропроводность чистого полупроводника, обусловленная упорядоченным перемещением дырок, называется собственной дырочной проводимостью проводимостью р-тииа )). [c.245]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...