Идеальный полупроводник

Собственное поглощение. Оно связано с переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости. Выше уже отмечалось, что в идеальном полупроводнике при 7 = 0К валентная зона заполнена электронами полностью, так что переходы электронов под действием возбуждения в состояние с большей энергией в этой же зоне невозможны. Единственно возможным процессом здесь является поглощение фотона с энергией, достаточной для переброса электронов через запрещенную зону. В результате этого в зоне проводимости появляется свободный электрон, а в валентной зоне—дырка. Если к кристаллу приложить электрическое поле, то образовавшиеся в результате поглощения света свободные носители заряда приходят в движение, т. е. возникает фотопроводимость. Таким образом, для фотонов с энергией hvдлин волн (т. е. больших hv) имеет место сплошной спектр интенсивного поглощения, ограниченный более или менее крутым краем поглощения при hvинфракрасной области спектра. В зависимости от структуры энергетических зон межзонное поглощение может быть связано с прямыми или непрямыми оптическими переходами. [c.307]

В идеальном полупроводнике при 7 = 0 К все электроны находятся в валентной зоне. Зона проводимости полностью свободна от электронов. В этом случае полупроводник не может проводить электрический ток н является изолятором. При ненулевой температуре часть электронов за счет теплового движения переходит из валентной зоны в зону проводимости. В результате такого перехода в валентной зоне появляются свободные места — дырки. Дырка эквивалентна частице с положительным зарядом. [c.295]

В идеальном полупроводнике, если все электроны находятся в наинизшем энергетическом состоянии, в зоне проводимости не должно быть электронов. Такое положение теоретически возможно лишь при абсолютном нуле. При обычных температурах в зоне проводимости всегда найдется некоторое количество электронов, заброшенных туда из валентной зоны путем термического возбуждения. Мгновенная плотность электрического тока ], связанного с движением какого-либо электрона, пропорциональна его скорости у. Плотность тока, связанного с движением одного электрона в объеме Й, может быть представлена в виде [c.88]

В идеальном полупроводнике с собственной проводимостью подвижность определяется рассеянием на решетке, т. е. столкновениями электронов с фононами (электрон-фононным взаимодействием). В реальных полупроводниках с собственной проводимостью всегда имеется некоторое количество примесных атомов, которые и обусловливают в основном рассеяние электронов при низких температурах, когда фононы отсутствуют, однако при высоких температурах преобладает рассеяние на колебаниях решетки. [c.391]

В идеальном полупроводниковом кристалле электрический ток создается движением равного количества отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Такой тип проводимости называется собственной проводимостью полупроводника. [c.155]

При определении условия образования инверсии заселенностей в полупроводнике для простоты рассмотрим идеальный полупровод- [c.296]

Н ое состояние). В процессе взаимодействия атомов с образо ванием кристалла предварительно происходит распаривание Зз -электронов, при этом один из них переходит на вакантную Зр-орбиталь (рис. 36, б). Затем происходит зр -гибридизация, в результате чего все четыре электрона становятся идентичными, обладая одинаковой формой электронного облака. Каждый атом кремния в возбужденном состоянии располагает четырьмя валентными электронами. Сетка валентных связей в кристалле кремния имеет следующий вид атом кремния находится в центре правильного тетраэдра, а валентные связи направлены к его углам. Такой же вид сетки и у германия — другого элементарного полупроводника с идеально ковалентной или гомеополярной (атомной, неполярной) связью. Отличие заключается лишь в том, что теперь гибридизации подвергаются 4з- и 4р-электроны. [c.97]

Приведенные данные показывают, что электрические и оптические свойства аморфных полупроводников похожи на свойства кристаллических полупроводников, но не тождественны им. Это сходство, как показал специальный анализ, обусловлено тем, что энергетический спектр электронов и плотность состояний для ковалентных веществ, которым относятся полупроводники, определяются в значительной мере ближним порядком в расположении атомов, поскольку ковалентные связи короткодействующие. Поэтому кривые N (е) для кристаллических и аморфных веществ во многом схожи, хотя и не идентичны. Для обоих типов веществ обнаружены энергетические зоны валентная, запрещенная и проводимости. Близкими оказались и общие формы распределения состояний в валентных зонах и зонах проводимости. В то же время структура состояний в запрещенной зоне в некристаллических полупроводниках оказалась отличной от кристаллических. Вместо четко очерченной запрещенной зоны идеальных кристаллических полупроводников запрещенная зона аморфных полупроводников содержит обусловленные топологическим беспорядком локализованные состояния, формирующие хвосты плотности состояний выше и ниже обычных зон. Широко использующиеся модели кривых показаны на рис. 12.7 [68]. На рисунке 12.7, а показана кривая по модели (Мотта и Дэвиса, согласно которой хвосты локализованных состояний распространяются в запрещенную зону на несколько десятых эВ. Поэтому в этой модели кроме краев зон проводимости (бс) и валентной (ev) вводятся границы областей локализованных состояний (соответственно гл и ев). Помимо этого авторы модели предположили, что вблизи середины запрещенной зоны за счет дефектов в случайной сетке связей (вакансии, незанятые связи и т. п.) возникает дополнительная зона энергетических уровней. Расщепление этой зоны на донорную и акцепторную части (см. рис. 12.7, б) приводит к закреплению уровня Ферми (здесь донорная часть обусловлена лишними незанятыми связями, акцепторная — недостающими по аналогии с кристаллическими полупроводниками). Наконец, в последнее время было показано, что за счет некоторых дефектов могут существовать и отщепленные от зон локализованные состояния (см. рис. 12.7, в). Приведенный вид кривой Л (е) позволяет объяснить многие физические свойства. Так, например, в низкотемпературном пределе проводимость должна отсутствовать. При очень низких температурах проводимость может осуществляться туннелированием (с термической активацией) между состояниями на уровне Ферми, и проводимость будет описываться формулой (12.4). При более высоких температурах носители заряда будут возбуждаться в локализованные состояния в хвостах. При этом перенос заряда [c.285]

Примесные полупроводники. В реальной решетке кристалла всегда имеются дефекты, приводящие к нарушению идеальной периодичности. Можно отметить три главных вида дефектов [c.342]

Условно будем считать, что полупроводники п- и р-типа приведены в идеальное соприкосновение (рис. 3.17, б). Так как в п-области много электронов, а в р-области их мало и, наоборот, дырок много в р-области и мало в п-области, в первоначальный момент соприкосновения этих областей за счет градиента кон- [c.67]

Энергетическая схема контакта металл—полупроводник а — полупроводник п-тнпа и металл до сближения б и в—идеальный контакт металла с полупроводником и- н /г-типов г—реальный контакт металла с полупроводником п-типа М — металл ГГ — полупроводник Д — диэлектрическая прослойка — [c.467]

Исторически первым и простейшим вариантом модели Э, г, была теория металлов Друде—Лоренца, в к-рой Э, г. рассматривался как идеальный газ (см. Друде теория металлов). Теорию Друде—Лоренца сменила Зоммерфельда теория. металлов, в к-рой учтено вырождение Э, г. Теория Э.г. по Друде — Лоренцу сохраняет своё значение для полупроводников, если принять во внимание, что число частиц Э.г. зависит от темп-ры, а эффективная масса носителей заряда отлична от массы свободного электрона. [c.573]

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]

За редкими исключениями, кристаллы и кристаллиты, образующие поликристаллы, обладают различными типами структурных дефектов. Знание типов, способов образования, а также влияния структурных дефектов на различные процессы и свойства твердых тел совершенно необходимо для современных специалистов по физике твердого тела. Понятие реальный кристалл чрезвычайно широко. При малой концентрации структурных несовершенств реальный кристалл в пределе переходит в идеальный, приобретая качественно новые свойства. При большом содержании дефектов реальный кристалл в пределе приобретает аморфную структуру и свойства, характерные для аморфного состояния. Воздействие на реальную структуру твердых тел является одним из способов управления их свойствами. Например, в зависимости от концентрации точечных дефектов коэффициент диффузии в металлах может меняться на семь порядков, в таком же диапазоне меняется электропроводность полупроводника. Техническая прочность твердых тел отличается от теоретической (предельной) на три-четыре порядка. Исключив возможность влияния несовершенств, можно реализовать теоретическую прочность. Каждому понятно, насколько это важно для практических целей. [c.6]

Представления о свойствах идеального метода термометрии, предназначенного для измерений в сложных экспериментальных условиях микротехнологии, можно сформулировать следующим образом а) отсутствует необходимость в тепловом равновесии чувствительного элемента (датчика) с объектом, т. е. не нужен тепловой контакт датчика с поверхностью б) отсутствует гальваническая связь датчика с регистрирующим прибором, что устраняет электромагнитные помехи при измерениях в) результат измерения не зависит от наличия или отсутствия фонового излучения любой интенсивности в реакторе и от состояния оптических окон г) температурная чувствительность не ниже, чем у традиционных методов д) величина измеряемого сигнала достаточна для надежной регистрации и не изменяется существенно в широком диапазоне температур е) высокое быстродействие позволяет проводить измерения нестационарных температур поверхности в импульсных разрядах ж) возможны как локальные измерения, так и термография поверхностей з) возможна термометрия любых материалов (металлов, полупроводников, диэлектриков) независимо от состояния поверхности (шероховатость, тонкие пленки и т.д.) и) возможно применение как для единичных, так и для рутинных измерений к) метод может применяться для термометрии как неподвижных, так и движущихся объектов в плазме. [c.16]

Если к идеальному полупроводнику приложить электрическое поле, то электроны под действием этого поля начнут свободно двигаться, ускоряясь полем. Однако в реальных кристаллах направленное движение электрона все время нарушается из-за его столкновения с рассеиваюи1,ими центрами. Такими центрами являются колеблющиеся узлы решетки, ионизированные атомы примеси, нарушения кристаллической решетки и т. д. Электрическое поле стремится создать наиравленное движение, а искажения кристаллической решетки рассеивают электроны. В результате устанавливается некоторое динамическое равновесие, которое характеризуется тем, что электроны совершают дрейфовое движение, которое является суперпозицией движения в электрическом поле и хаотического теплового движения. До тех пор, пока скорость дрейфа мала по сравнению с тепловой скоростью (при напряженности поля ( = 10 е/сл приращение энергии на длине свободного пробега электрона составляет эв, т. е. мало по [c.15]

Если поверхностное соединение металла является полупроводником р-типа с недостатком металла, например ujO, NiO, FeO, СоО и др., то при окислении таких металлов должна, по Вагнеру, наблюдаться определенная зависимость от величины давления кислорода (см. рис. 90). В идеальном случае к реакции окисления приложим закон действующих масс. В случае окисления никеля по реакции (54) [c.131]

Зонная структура твердого тела является результатом взаимодействия волновой функции электрона с рещеткой. Зонная структура позволяет найти частоты и направления, для которых волновая функция электрона может или не может проходить через решетку. Отражение электронной волны под углами Брэгга от кристаллографических плоскостей является идеально упругим и не вносит вклада в электрическое сопротивление. Для каждого кристалла и каждой электронной конфигурации условия Брэгга налагают определенные ограничения на направление волнового вектора и значения энергий, которые может принимать электронная волна. Эти ограничения в направлениях и значениях энергий приводят к появлению щелей в почти непрерывном спектре энергий и направлений. Именно эти щели (порядка 1 эВ для полупроводников и 5 эВ или больше для хороших диэлектриков) обусловливают сильнейшие различия между металлами, полупроводниками и диэлектриками (рис. 5.2). Для металлов характерно, что уровень Ферми оказывается внутри зоны, имеющей вакантные энергетические уровни. Полупроводники имеют полностью заполненную разрешенную зону. Ширина запрещенной зоны у них невелика, н поэтому ие большое число электронов при тепловом возбуждении может перейти в расположенную выше разрешенную зону. Диэлектрик отличается от полупроводника тем, что его запрещенная зона очень велика, и практически ни один возбужденный электрон не может ее преодолеть. [c.190]

Условно будем считать, что п- и р-полупроводники приведены в идеальное соприкосновение (рис. 8.9, б). Так как в /г-пол у проводнике много электронов, а в р-полупроводнике много дырок, между полупроводниками начнется интенсивный обмен носителями заряда. За счет разности концентраций электроны из полупроводника га-типа диффундируют в полупроводник р-типа, оставляя в прикон-тактной области полупроводника л-типа нескомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси. Дырки, в свою оче- [c.280]

Рассмотренные поверхностные состояння возникают на идеально чистой бездефектной поверхности, получить которую практи- ческн невозможно. В реальных условиях поверхностные свойства полупроводников определяются новерхностнымп состояниями, созданными главным образом чужеродными атомами (молекулами) на поверхности. На рис. 8.26, в показана зонная структура полупроводника. Вертикальной прямой ВС обозначена одна из свободных его поверхностей. Предположим, что на этой поверхности химически сорбировалась частица М. При такой сорбции волновые функции решетки и частицы перекрываются настолько, что частицу можно рассматривать как примесь, локально нарушающую периодичность потенциала решетки и приводящую к возишсновению в запрещенной зоне поверхностного уровня. [c.242]

Для получения идеальных монокристаллич. Г. (без дефектов решётки и поверхностных состояний на грани-440 цо ра-здела) необходимо, чтобы у полупроводников сов- [c.446]

Зонная диаграмма описывает большинство электрич., оптич. и др. свойств Г. Для её построения необходимо знать ширины запрещённых зон 8g, работы выхода Ф, электронное сродство х и диэлектрическую проницаемость е для обоих полупроводников. Рассмотрим, напр., зонную диаграмму идеального резкого анизотип-ного П-—Р-Г. (заглавная буква здесь и дальше обозначает более широкозонный полупроводник, имеется в виду ширина запрещённой зоны). При приведении полупроводников (рис. 1, а) в контакт в системе устанавливается термодинамич. равновесие (рис. 1, б), к-рое характеризуется единым ферми-уровнем Sp для обоих полупроводников и наличием контактной разности потенциалов и = е Ф.у—Фа) е — элемеитарпый заряд) и злектрич. поля Е в приконтактной области. [c.446]

Рис. 1. Построение зовноН диаграммы идеального резкого п— Р-гетероперехода а — зонные диаграммы двух изолированных проводников, S — дно зоны проводимости, — потолок валентной зоны, уровень Ферми (энергии отсчитываются от энергии е Ч (г) в вакууме вблизи поверхности полупроводника) fi—зонная диаграмма п-Р-гетсроперехода.

Рис. 1. Построение зовноН <a href="/info/414673">диаграммы идеального</a> резкого п— Р-гетероперехода а — зонные диаграммы двух изолированных проводников, S — дно <a href="/info/16457">зоны проводимости</a>, — потолок <a href="/info/16455">валентной зоны</a>, <a href="/info/7474">уровень Ферми</a> (энергии отсчитываются от энергии е Ч (г) в вакууме вблизи поверхности полупроводника) fi—зонная диаграмма п-Р-гетсроперехода.

Возмущением, ответственным за Р. н. з., является разность между истинным потенциалом V(r, t), действующим на электрон в реальном кристалле, и периодич. Потенциалом Р (г, i), действующим в идеальном кристалле с неподвижными атомами (г—пространственная координата электрона). Возмущение оР = У — определяет вероятность рассеяния PFp—>р. В вырожд- них полупроводниках и металлах следует учитывать принцип Паули, так что фактич. вероятность перехода равна lVp- p ll —/(р ) . Кроме того, при большой плотности носителей рассеяние ослабляется экранированием возмущения из-эа перераспределения носителей в пространстве. [c.274]

Внутренним квантовым выходом Р. и. к наз. отношение числа квантов Р. и. к числу квантов возбуждающего света или к числу носителей, инжектированных через р — п-переход. Наибольшим квантовым выходом обладают прямозонные полупроводники (рис. 1). Для идеального кристалла выполняется закон сохранения квааиимпульса, когда при поглощении или излучении фотона переход електрона из валентной зоны в зону проводимости (или наоборот) происходит вертикально . Это означает, что квазиимпульсы электрона в зоне проводимости и в валентной зоне равны (импульс фотона пренебрежимо мал). Между возбуждением и Р. и. протекает т. и. процесс остывания горячего (возбуждённого) носителя. При низкой концентрации осн. носителей остывание происходит за счёт Зонная диаграмма пря- [c.319]

ФЁРМИ-ГАЗ—газ из частиц с полуцелым (в единицах Л) спином, подчиняющихся квантовой Ферми—Дирака статистике. Ф.-г. из невзаимодействующих частиц наз. идеальным, а в отсутствие внеш. полей—свободным. К Ф.-г. относятся электроны в металлах и полупроводниках, газы из атомов с нечётным числом нуклонов (напр., Не) электроны в атомах с большими атомными номерами, изучаемые в Томаса—Ферми теории нуклоны в тяжёльсх сильно возбуждённых ядрах, описываемые в рамках статистической модели ядра элементарные возбуждения электронов, взаимодействующих с фононами в кристаллич. решётке, и т. д. (см. также Ферми-жидкость). [c.282]

Электронная теплоёмкость—часть полной теплоёмкости твёрдого тела, обусловленная тепловым движением электронов. Э. т. диэлектриков и слаболегированных полупроводников, как правило, пренебрежимо мала. В вырожденных полупроводниках и металлах (в несверхпроводящем состоянии) при достаточно низких темп-рах Э. т. С э вносит заметный вклад в полную теплоёмкость С. Его можно оценить, рассматривая электроны (или дырки) как идеальный фермн-газ квазичастиц, характеризующихся нек-рой плотностью состояний где N )—плот- [c.555]

Аналогия между течением электрического тока в проводнике или полупроводнике и течением идеальной жидкости после работ Кирхгофа и Максвелла является классической и имеет в настоящее время разнообразные области практического применения. Подробные обзоры современного состояния вопроса имеются в работах П. Я. Полуба-рнновой-Кочиной [60] н Н. И. Дружинина [21]. [c.246]

Рис. 1. Рассчитанное распределение заряда химически активных валентных электронов [9]. Представлены контуры равной плотности заряда при наличии примесного атома азота в идеальном кристалле алмаза (й) й кремния (б). Будучи более электроотрицательным, чем атомы углерода, атом азота в алмазе притягивает к себе электроны. Распределение заряда на связях между двумя атомами углерода и между атомами углерода и азота имеет характерную двугорбую структуру, которой соответствуют пары замкнутых контуров между атомами. Этого нет в других тетраэдрических полупроводниках, например в кремнии, где ковалентные связи характеризуются одним максимумом заряда между атомами. Обширные междоузельные области фактически пусты и образуют периодическук сетку электронного заряда, характерную для диэлектриков и полупроводникоа. В металлах заряд распределен более равномерно. Расчеты проводились методом функционала локальной плотности с использованием псевдопотенциалов, Для описания дефекта (примесного атома азота) применялся метод рассеяния функций Грина,

Рис. 1. Рассчитанное <a href="/info/246712">распределение заряда</a> <a href="/info/408526">химически активных</a> <a href="/info/33334">валентных электронов</a> [9]. Представлены контуры равной <a href="/info/5306">плотности заряда</a> при наличии примесного атома азота в <a href="/info/194104">идеальном кристалле</a> алмаза (й) й кремния (б). Будучи более электроотрицательным, чем атомы углерода, атом азота в алмазе притягивает к себе электроны. <a href="/info/246712">Распределение заряда</a> на <a href="/info/553145">связях между</a> двумя атомами углерода и между атомами углерода и азота имеет характерную двугорбую структуру, которой соответствуют пары <a href="/info/158765">замкнутых контуров</a> между атомами. Этого нет в других тетраэдрических полупроводниках, например в кремнии, где <a href="/info/16469">ковалентные связи</a> характеризуются одним максимумом заряда между атомами. Обширные междоузельные области фактически пусты и образуют периодическук сетку <a href="/info/12532">электронного заряда</a>, характерную для диэлектриков и полупроводникоа. В металлах <a href="/info/246712">заряд распределен</a> более равномерно. Расчеты проводились методом функционала <a href="/info/387295">локальной плотности</a> с использованием псевдопотенциалов, Для описания дефекта (примесного атома азота) применялся метод <a href="/info/9305">рассеяния функций</a> Грина,

Смотреть страницы где упоминается термин Идеальный полупроводник : [c.247] [c.195] [c.197] [c.199] [c.77] [c.543] [c.98] [c.172] [c.138] [c.316] [c.56] [c.267] [c.446] [c.52] [c.32] [c.586] [c.22] [c.112] [c.160] [c.28] [c.475]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...