Электронной структуры

для электронной составляющей тока

Для плоскостного транзистора концентрация дырок в р-областях значительно превышает концентрацию электронов в n-области, т. е. РР 3> "п. поэтому электронной составляющей эмиттерного тока можно пренебречь. При таком предположении можно считать, что весь ток через переход переносится дырками.

Диффузия электронов из базы в эмиттер восполняется притоком в базу новых электронов из внешней цепи, что и определяет величину и направление электронной составляющей тока эмиттера. Для цепи базы-электронная составляющая /э„ замыкается во входной цепи эмиттер — база и не участвует в создании тока коллектора. Эта составляющая является бесполезной и служит источником тепловых потерь.

В процессе диффузии дырки свободно переходят из базы в коллектор через обратносмещенный коллекторный переход, причем часть из них рекомбинирует с электронами. В результате этой рекомбинации образуется рекомбинационная составляющая эмиттера, которая замыкается через цепь базы и совпадает по направлению с электронной составляющей /э„ тока эмиттера. Эта составляющая равна /рев = /эр — /к'р.

С точки зрения конструирования и эксплуатации полупроводниковых устройств очень важным параметром является удельная проводимость полупроводников. Поскольку в полупроводниках имеется два типа носителей заряда, удельная проводимость ст складывается из двух составляющих: электронной и дырочной. Для электронного полупроводника (электронной составляющей) можно записать

Важно подчеркнуть, что дрейфовый ток возникает только под действием электрического поля и не изменяет концентрации носителей заряда в объеме полупроводника (формула(1. 6.) ); диффузионный ток вызывается перепадом (градиентом) концентрации в различных участках полупроводника и представляет собой почти направленное тепловое перемещение носителей заряда даже при отсутствии электрического поля. Плотность этого тока для электронной составляющей

Пренебрегая тепловым током коллектора /Кбо и рекомбинацией носителей зарядов в базе, можно считать, что ток базы равен электронной составляющей тока эмиттера

Выходными характеристиками транзистора для схемы с ОЭ называют зависимость тока коллектора /к ( 3.30) от напряжения икъ, снятую для нескольких фиксированных значений тока базы /6. Характеристика /б = — 'кбо соответствует ?/бэ = = 0, в этом случае инжекция носителей из эмиттера в базу отсутствует и в выходной цепи транзистора проходит только тепловой ток коллектора /кбо. Этот же ток «втекает» в базу. При значениях U63, близких к нулю, эмиттерный переход приоткрывается, и начинается инжекция носителей из эмиттера в базу и из базы в эмиттер. Когда ток базы, являющийся электронной составляющей тока эмиттера, будет равен по величине встречно направленному току /кбо, результирующий ток в цепи базы будет равен нулю. В коллекторной цепи в этом случае проходит ток / „бо, называемый условно тепловым током коллектора для схемы с ОЭ.

Коэффициент инжекции определяет долю электронной составляющей в общем токе эмиттера:

Для линейного приближения распределения концентрации электронов в базовой области транзистора плотность электронной составляющей тока эмиттера

Вследствие рекомбинации части инжектированных электронов с основными дырками базы плотность электронной составляющей тока эмиттера уменьшается на величину /рек. Поскольку плотность рекомбинационного тока определяется скоростью рекомбинации избыточных электронов во всей базовой области, ее можно выразить как

Если в качестве примеси используется индий, имеющий три валентных электрона, то в электронной структуре кристалла кремния одна валентная связь атома индия с четырьмя соседними атомами кремния недоукомплектована и в кристалле образуется "дырка". Для образования устойчивой электронной структуры кристалла необходим дополнительный электрон. Тепловой энергии при комнатной температуре вполне достаточно для того, чтобы атом индия захватил один электрон из валентной связи между соседними атомами кремния. При этом атом индия превращается в устойчивый неподвижный отрицательный ион, а дырка перемещается на место расположения захваченного электрона. Далее на место вновь образовавшейся дырки может переместиться электрон из соседней валентной связи и т. д. С электрофизической точки зрения этот процесс можно представить как хаотическое движение в кристалле свободных дырок с положительным зарядом, равным заряду электрона. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной электропроводностью или полупроводником р-типа, а соответствующая примесь —акцепторной. На 10.2 приведено условное изображение идеального полупроводника р-типа.

Характерной особенностью кристаллизации сварного соединения является образование зональной структуры, состоящей из ядра, переходной зоны и неизменяемой зоны основы. Ядро при сварке плавлением представляет закристаллизовавшуюся жидкую фазу, которая может состоять из гомогенных кристаллов, твердого раствора замещения или внедрения, интерметаллидов, механической смеси кристаллов и примесей. Структура ядра определяет качество и надежность соединения. Поэтому при контактировании необходимо стремиться к идеальному гомогенному кристаллическому переходу путем подбора материалов с одинаковыми физико-механическими свойствами, строением кристаллической решетки и электронной структуры или таких, для которых выполняется условие образова-

Если в качестве примеси используется индий, имеющий три валентных электрона, то в электронной структуре кристалла кремния одна валентная связь атома индия с четырьмя соседними атомами кремния недоукомплектована и в кристалле образуется "дырка". Для образования устойчивой электронной структуры кристалла необходим дополнительный электрон. Тепловой энергии при комнатной температуре вполне достаточно для того, чтобы атом индия захватил один электрон из валентной связи между соседними атомами кремния. При этом атом индия превращается в устойчивый неподвижный отрицательный ион, а дырка перемещается на место расположения захваченного электрона. Далее на место вновь образовавшейся дырки может переместиться электрон из соседней валентной связи и т. д. С электрофизической точки зрения этот процесс можно представить как хаотическое движение в кристалле свободных дырок с положительным зарядом, равным заряду электрона. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной электропроводностью или полупроводником р-типа, а соответствующая примесь -акцепторной. На 10.2 приведено условное изображение идеального полупроводника р-типа.

Если в качестве примеси используется индий, имеющий три валентных электрона, то в электронной структуре кристалла кремния одна валентная связь атома индия с четырьмя соседними атомами кремния недоукомплектована и в кристалле образуется "дырка". Для образования устойчивой электронной структуры кристалла необходим дополнительный электрон. Тепловой энергии при комнатной температуре вполне достаточно для того, чтобы атом индия захватил один электрон из валентной связи между соседними атомами кремния. При этом атом индия превращается в устойчивый неподвижный отрицательный ион, а дырка перемещается на место расположения захваченного электрона. Далее на место вновь образовавшейся дырки может переместиться электрон из соседней валентной связи и т. д. С электрофизической точки зрения этот процесс можно представить как хаотическое движение в кристалле свободных дырок с положительным зарядом, равным заряду электрона. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной электропроводностью или полупроводником р-типа, а соответствующая примесь —акцепторной. На 10.2 приведено условное изображение идеального полупроводника р-типа.

носителей заряда в электрических и магнитных полях; явления переноса носителей заряда в областях с различной электронной структурой и на границах между ними; закономерности движения носителей заряда в реальных полупроводниковых приборах, контактах, системах коммутации с присущими им естественными или искусственными неодно-родностями электронной структуры и электрическими параметрами.

несколько десятков и даже сотен элементарных ячеек. В настоящее время нет строгой количественной теории магнетизма, но вполне определенно установлено, что причины возникновения порядка в расположении атомных магнитных моментов связаны с особенностями электронной структуры кристаллов, построенных с участием элементов переходных групп периодической таблицы Менделеева. Природа сил, ориентирующая магнитные моменты атомов и удерживающая их в этом положении (несмотря на расстраивающее воздействие теплового движения), имеет электростатическое происхождение. Это так называемое обменное взаимодействие, возникающее в результате обмена электронами между соседними атомами. При этом электрон данного атома может временно находиться вблизи ядра соседнего атома.

Хемосорбция протекает со значительным тепловым эффектом (порядка 40—400 кДж/моль) и требует заметной энергии активации. Как всякая химическая реакция, хемосорбция сопровождается изменением электронной структуры взаимодействующих молекул. В отличие от обычных химических реакций хемосорбция протекает только в мономолекулярном слое на поверхности раздела фаз.

Измерения спектров оптического поглощения - важнейший инструмент исследования электронной структуры полупроводников. В кристаллах до тех пор, пока справедливо приближение невзаимодействующих электронов и определяющую роль играет правило Агютбора, межзонное поглощение остается прямо связанным с электронной и зонной структурой. В этом случае эксперимент согласуется с теорией количественно. Однако, как только полупроводник из класса кристаллических попадает в класс аморфных материалов, инструмент зонной теории теряет свое значение. В качестве ключевой проблемы здесь выступает задача установления физической картины оптических переходов в неупорядоченных системах.

Та же группа исследователей провела систематические исследования электронной структуры валентной зоны в a-Si,vCi_,v :H Исследования проводили методом РФЭС in situ с использованием синхро-тронного изучения с энергией фотонов 30-130 эВ. Преимущества такой методики заключаются в том, что сечения фотоионизации каждой атомной орбитали существенным образом зависят от энергии падающих фотонов, что дает возможность исследовать особые точки электронной структуры.

Измерения спектров оптического поглощения - важнейший инструмент исследования электронной структуры полупроводников. В кристаллах до тех пор, пока справедливо приближение невзаимодействующих электронов и определяющую роль играет правило Аг-отбора, межзонное поглощение остается прямо связанным с электронной и зонной структурой. В этом случае эксперимент согласуется с теорией количественно. Однако, как только полупроводник из класса кристаллических попадает в класс аморфных материалов, инструмент зонной теории теряет свое значение. В качестве ключевой проблемы здесь выступает задача установления физической картины оптических переходов в неупорядоченных системах.

Та же группа исследователей провела систематические исследования электронной структуры валентной зоны в a-Si,vCi_,v :H Исследования проводили методом РФЭС in situ с использованием синхро-тронного изучения с энергией фотонов 30-130 эВ. Преимущества такой методики заключаются в том, что сечения фотоионизации каждой атомной орбитали существенным образом зависят от энергии падающих фотонов, что дает возможность исследовать особые точки электронной структуры.

стика электронной энергетической структуры - плотность электронных состояний в зависимости от энергии. Именно от нее зависит эффективная масса /и* в выражении (2), т. е. очень сильно зависит ZT. Но в 3?)-структуре, когда мы варьируем состав твердого раствора и концентрацию носителей заряда, т* изменяется незначительно. При переходе же к низкоразмерным структурам плотность состояний изменяется кардинально. Образующиеся при этом новые типы электронной структуры получили специальные названия: для 2/)-структуры - «квантовая яма»; для Ш-структуры - «квантовая проволока»; для OD-структуры - «квантовая точка». Л.Д. Хикс и М.С. Дрессельхаус предложили модель, которая позволяет, правда при серьезном упрощении проблемы, рассчитать термоэлектрические свойства низкоразмерных структур, включая Z. Результаты расчетов для 2D- и Ш-структур, изготовленных из теллурида висмута Bi2Te3, показаны на 3. Здесь характерный размер а означает для «квантовой ямы» (пленки) её толщину, а для «квантовой проволоки» -диаметр. Оказалось, что для этого материала ZT начинает очень сильно увеличиваться, когда а уменьшается до 50 ангстрем и менее (1нм = 10А). Теоретически, ZT может превысить 10 при а ~ 1нм (10 А), при этом ZT для ID-структуры всегда выше, чем для 2D из того же материала. Именно эти теоретические оценки послужили главным толчком к тому сильному всплеску термоэлектрических исследований в 90-х годах, о котором говорилось выше.