Классификация п/п. Виды п/п. Процессы термогенерации и рекомб. Фононы.

Gп/п = (104 – 10-10) (ом*см)-1

GMe = (104 – 106)

Gдиэлектрика = ( 10-10 – 10-12) температура комнатная

Полупроводники по значению электропроводности занимают место между металлами и диэлектриками. Это условная классификация. Характерной особенностью п/п, отличающей их от Ме , является возрастание электроповодности с увеличением температуры по экспоненциальному закону:

G=G₀exp[-E_A/kT] ,k = 1,38*10-23 Дж/К, Е_А- энергия связи, G₀ – значение для заданной температуры.

Температурный коэффициент сопротивления (т.к.с.) у п/п отрицательный.

При увеличении температуры сопротивление у Ме уменьшается, ткс у Ме положительный.

Другим отличием п/п от Ме является сильная зависимость электропроводности от воздействия внешних факторов: электромагнитного излучения, магнитного поля, механических воздействий, от вида и концентрации примесей. В Ge введем 10-5 % Аs, при этом электропроводность увеличится в 100 раз.

Условная классификация п/п:

1)По агрегатному состоянию (твердые; жидкие);

2)По структуре (примесные; аморфные)

3)По свойствам (магнитные; немагнитные)

4)Химический состав

а) элементарные п/п:

Si, Ge валентность 4

As, Sb, P вал.5

B Вал. 3, Те вал2

б) бинарные соединения: А3В5 (индексы латинские)

GaAs, А2В4, А4 В6 , А1 В7

А1 В3 С6

Полупроводник n-типа

Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.

Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:

Полупроводник p-типа

Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.

Проводимость p-полупроводников приблизительно равна:

Термогенерация и рекомбинация н.з.

С увеличением температуры количество и энергия фононов увеличивается, они разрывают ковалентные связи между атомами, образуются свободные электроны и незаполненные связи – дырки. Процесс образования электронно-дырочных пар под действием фононов-термогенерация. В целом кристалл электронейтрален, в нем существует равновесная концентрация электронов. Свободный электрон может занять вакантное место в ковалентной связи и перейти в связанное состояние. Процесс превращения свободного электрона в связанное состояние – рекомбинация. В результате нее исчезают электрон-дырка – свободные носители заряда. Скорость рекомбинации равна скорости генерации в состоянии равновесия.

Временем жизни электрона называется интервал времени с момента его появления до момента рекомбинации.

6)