Идеальный полупроводник
Cтраница 2
Если в структуру идеального полупроводника ввести атом вещества, относящегося к V группе периодической системы элементов Д. И. Менделеева ( например, сурьмы), то этот атом также образует валентные связи с четырьмя соседними атомами германия. Однако атомы элементов V группы имеют во внешней оболочке не четыре, а пять валентных электронов. [16]
Благодаря термогенерации в идеальном полупроводнике как с донор-ной, так и с акцепторной примесью имеются свободные заряды обоих знаков. [17]
Процесс внесения примесей в идеальный полупроводник называется легированием. При этом незначительному изменению электронного спектра ( появлению одного дискретного уровня в запрещенной зоне) отвечает резкое изменение свойств полупроводника в целом по его отношению к внешнему электрическому полю. Полупроводники, в которых носителями заряда служат дырки, называются также полупроводниками / - типа, а полупроводники, в которых носителями заряда служат квазиэлектроны, - полупроводниками - типа. Вследствие симметрии задачи дырки и квазиэлектроны в роли квазичастиц в полупроводниках оказываются абсолютно равноправными. Они просто представляют собой удобный способ описания поведения системы электронов в полупроводнике в целом. [18]
Здесь Яш - гамильтониан идеального полупроводника; V ( t) - гамильтониан, описывающий взаимодействие электронов с ЭМП; члены Ярь, Яшъ Яет соответствуют электрон-фононному, электрон-примесному, электрон-электронному взаимодействиям; Яг описывает рекомбинационные процессы. Явный вид гамильтониана будет приведен ниже. [19]
Необходимо отметить, что в идеальном полупроводнике без примесей при вырывании электронов из междуатомных связей под действием подведенной извне энергии образуется столько же дырок, сколько свободных электронов. Уже при комнатной температуре в полупроводниках под действием тепла образуется довольно большое количество электронов и дырок. Длительность свободного существования электрона и дырки до рекомбинации составляет при этих условиях 10 - 7 - Ю-3 сек. [20]
На рис. 10.3, б приведено условное изображение идеального полупроводника р-типа. [21]
 |
К рассмотрению. [22] |
Рассмотрим быстродействие структур в которых процессы токопереноса протекают в слое идеального полупроводника, полностью обедненном носителями. Будем считать, что напряженность электрического поля по всей толщине / - слоя в отсутствии носителей постоянна ( рис. 13, б) и величина ее достаточна, чтобы довести скорость носителей до насыщения. Рассмотрим случай невысоких плотностей тока, когда электрическое поле незначительно искажается зарядом движущихся носителей. [23]
Наконец, в-третьих, при более высоких температурах электрон из валентной зоны идеального полупроводника, восприняв энергию тепловых колебаний решетки, превышающую ширину запрещенной зоны, также может перейти в зону проводимости с одновременным образованием дырки в валентной зоне. Появляющийся во внешнем электрическом поле электрический ток содержит в этом случае вклады носителей заряда обоих типов: jjp jn, причем направления токов jp и jn совпадаю. [24]
Свободные электроны и дырки возникают не только в полупроводниках, содержащих примеси, но и в идеальных полупроводниках без примесей, если энергии внешнего источника достаточно для разрыва валентной связи. Разрыв одной валентной связи в электрически нейтральном атоме кремния эквивалентен рождению пары злектрон-дырка, изображенной условно на рис. 10.3. Этот процесс называется генерацией или термогенерацией, если источником энергии служит тепловая энергия. [25]
Свободные электроны и дырки возникают не только в полупроводниках, содержащих примеси, но и в идеальных полупроводниках без примесей, если энергии внешнего источника достаточно для разрыва валентной связи. [26]
Возможность перейти к независимым ( нормальным) координатам а, р (5.6) наводит на мысль о том, что гамильтониан Н0, описывающий идеальный полупроводник, который взаимодействует с резонансным полем, можно точно диагонализовать. [27]
При изучении полупроводников наиболее важную роль играет процесс поглощения, связанный с переходами из состояний первого типа и представляющий собой оптическое возбуждение электронов через запрещенную зону EG в зону проводимости В идеальном полупроводнике при температуре абсолютного нуля валентная зона целиком заполнена, так что электрон не может в результате возбуждения перейти в состояние с большей энергией в этой же зоне Единственно возможным процессом является поглощение фотона с энергией, достаточной для перехода электронов через запрещенную зону, при этом в валентной зоне появляются дырки Если к кристаллу приложено электрическое поле, то электроны и дырки приходят в движение, в результате будет наблюдаться фотопроводимость На практике рассматриваемый процесс дает в области малых длин волн сплошной спектр интенсивного поглощения, ограниченный более или менее крутым краем поглощения ( при hv EG), за пределами которого материал относительно прозрачен У большинства полупроводников этот край находится в инфракрасной области спектра, и поглощение может быть связано с прямыми или непрямыми оптическими переходами в зависимости от структуры энергетических зон полупроводника. [28]
Если, кж в случае контакта металл - полупроводник, на поверхности имеются чужеродные атомы, они стремятся образовать такую связь, чтобы в близи поверхности свободных носителей не было. Только в почти идеальных полупроводниках сохраняется высо-коэ нергетичеокое состояние, соответствующее свободным носителям. Тот же самый эффект лежит в основе хорошо известного явления, заключающегося в том, что окрашенные материалы на солнце ( и вообще на свету) выгорают. При этом происходят такие реакции и перестройки, которые стремятся понизить энергию заполненных состояний и - одновременно повысить энергию пустых состояний. [29]
В целом рассмотренный тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводника. Эта проводимость характерна для идеальных полупроводников, и она растет с повышением температуры по экспоненциальному закону. Полупроводники могут содержать примеси из атомов, валентность которых отличается от валентности основного элемента. В первом случае в запрещенной зоне возникают вблизи дна зоны проводимости донорные уровни, во втором - вблизи потолка валентной зоны - акцепторные уровни. Обычно все три типа проводимости реализуются одновременно, но нередко какой-либо из них оказывается основным. [30]
Страницы: 1 2 3