Концентрация носителей заряда в собственных полупроводниках. - презентация

1 Концентрация носителей заряда в собственных полупроводниках

2 Концентрация электронов в зоне проводимости Эффективная плотность состояний в зоне проводимости

3 Концентрация дырок в валентной зоне Эффективная плотность состояний в валентной зоне

4 При Т=300 К Nc, см -3 Nv, см -3 Ge Si GaAs 1, , , , , ,010 18

5 Вычислим концентрацию собственных носителей заряда -уравнение электронейтральности

6 - ширина запрещенной зоны

7

8 Механизм собственной проводимости ECEC EvEv

9 Концентрация носителей заряда в примесных полупроводниках N d -концентрация донорной примеси Е d - энергия активации- энергия между дном зоны проводимости и донорным уровнем

10 Аналогично для дырок N а -концентрация акцепторной примеси Е а - энергия активации- энергия между потолком валентной зоны и акцепторным уровнем

11

12 Механизм примесной проводимости (донорной) ECEC EvEv EdEd

13 Механизм примесной проводимости (акцепторной) ECEC EvEv EaEa

14

15 При низких температурах электроны с донорных уровней переходят в зону проводимости Концентрация не меняется, т.к. на донорных уровнях больше электронов не осталось, а энергии, чтобы перейти из валентной зоны в зону проводимости недостаточно При дальнейшем повышении температуры энергия электронов увеличивается, и они могут преодолеть запрещенную зону

16 Положение уровня Ферми в собственных полупроводниках

17

18 При Т=0 Уровень Ферми лежит посередине запрещенной зоны

19 ECEC EvEv E Fi

20 Положение уровня Ферми в примесных полупроводниках В донорных полупроводниках: При Т=0 Уровень Ферми лежит посередине между донорным уровнем и дном зоны проводимости

21 ECEC EvEv E Fi EdEd

22 В aкцепторных полупроводниках: При Т=0 Уровень Ферми лежит посередине между акцепторным уровнем и потолком валентной зоны

23 ECEC EvEv E Fi EаEа

24 Подвижность носителей заряда в полупроводниках Под действием внешнего электрического поля носители заряда приобретают скорость направленного движения (дрейфуют)

25 - Средняя скорость - Напряженность внешнего поля - Время релаксации - ускорение

26 Время релаксации определяется процессами рассеяния движущихся электронов: На тепловых колебаниях атомов и ионов кристаллической решетки Рассеяние на ионизированных или нейтральных примесях На дефектах кристаллической решетки При высоких температурах преобладает рассеяние на тепловых колебаниях При низких – на ионах примеси

27

28 Электропроводность полупроводников Закон Ома в дифференциальной форме - электропроводность - концентрация электронов

29 Если в полупроводнике существует два типа носителей заряда – электроны и дырки, которые имеют разную подвижность - концентрация дырок

30

31

32