Полупроводника концентрация

Число полупроводниковых материалов, известных в настоящее время, значительно превышает число металлов и диэлектриков. К полупроводникам относятся некоторые химические элементы (Si, Ge, Se), интерметаллические соединения (InSb, GaAS), окислы (Cu2O, ZnO), сульфиды (CdS, ZnS), карбиды (SiC) и множество других химических соединений.

Переключатели на основе аморфных полупроводников. К аморфным (стекловидным) полупроводникам относятся оксидные, элементные и халькогенидные. Халькогенидные полупроводники (халькогенидные стекла) состоят из сульфидов, теллуридов или селенидов различных элементов (таких, например, как германий, мышьяк, галлий и т. д.). Оксидные полупроводники выполняются на основе оксидов. Элементные аморфные полупроводники (элементные стекла) изготовляют с использованием серы, селена, фосфора, германия и теллура.

Полупроводниковыми называются приборы, действие которых основано на использовании свойств веществ, занимающих по электропроводности промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Удельная электропроводность полупроводников сг=102...10~8 См/м (у проводников а = 104... 103 См/м, у диэлектриков а < 10 См/м). Согласно зонной теории, к полупроводникам относятся вещества, ширина запрещенной зоны AW которых не превосходит 3 эВ.

Вещества (тела), электропроводность которых занимает промежуточное положение между электропроводностью проводников и диэлектриков, называются полупроводниками. К полупроводникам относятся: кремний, германий, селен, закись меди и др.

Полупроводниками называются тела, Занимающие промежуточное положение среди проводников и изоляторов. К наиболее распространенным полупроводникам относятся: кремний, германий, селен и закись меди. В отличие от проводников полупроводники имеют не только электронную, но и «дырочную» проводимость.

К простым полупроводникам относятся германий, кремний, селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, сурьма, мышьяк, серое олово, иод.

К органическим полупроводникам относятся фталоцианин, актрацин, нафталин, коронел и др.

С точки зрения зонной теории, к полупроводникам относятся вещества, ширина запрещенной зоны которых не превосходит 3 эВ. Важнейшим свойством и признаком полупроводников является зависимость их электрических свойств от внешних условий: темпе' ратуры, освещенности, давления, внешних полей и т. п. Характерная особенность полупроводников заключается в уменьшении их удельного сопротивления с увеличением температуры.

Полупроводники или полупроводящие веще-* ства по своей электропроводности занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. К полупроводникам относятся: кремний, германий, теллур, селен, окислы металлов, соединения металлов с серой и др.

Полупроводниковыми свойствами обладает ряд окислов, в частности, окислы переходных металлов. К полупроводникам относятся окислы меди, цинка, кадмия, титана, молибдена, вольфрама, урана, марганца, никеля и др. Среди оксидных полупроводников рассмотрим закись меди Си20 и окись марганца Мп3О4.

К полупроводникам относятся материалы, которые по своей способности проводить электрический ток занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. В полупроводниках в отличие от металлических проводников очень мала концентрация свободных электронов. Поэтому удельное электрическое сопротивление у полупроводников большое, но оно меньше, чем у диэлектриков.

1.3. Закон распределения носителей в зонах полупроводника. Концентрация свободных носителей..............15

1.3. Закон распределения носителей в зонах полупроводника. Концентрация свободных носителей

1. Величина /0 (или плотность тока /0) называется током насыщения или тепловым током. Это предел, к которому стремится обратный ток при возрастании обратного напряжения. Для реальных переходов величина /0 зависит от физических свойств полупроводника (концентрация примесей, время жизни носителей).

При освещении полупроводника концентрация свободных носителей заряда в нем может возрасти за счет носителей, возбужденных поглощенными квантами света. При оптическом возбуждении электронов из валентной зоны в зону проводимости возникает пара свободных носителей - электрон и дырка. Если за счет света происходит переход электрона из валентной зоны на примесные уровни или с примесных уровней в зону проводимости, образуются свободные носители одного знака - дырки или электроны. В соответствии с увеличением концентрации свободных носителей заряда в полупроводнике за счет облучения его светом возрастает и его удельная проводимость :

Внедряющиеся в полупроводник примесные ионы занимают места как в узлах, так и в междоузлиях кристаллической решетки. В первом случае они создают свободные носители заряда и, следовательно, определяют электропроводность легированного слоя. Ионы, находящиеся в междоузлиях, являются электрически неактивными. Следовательно, при ионном легировании полупроводника концентрация свободных носителей заряда в ле-

Закономерности движения носителей заряда. Концентрация носителей заряда в электронном объеме полупроводника может изменяться за счет генерации и рекомбинации носителей, а также при возбуждении полупроводника (например, при освещении, действии внешнего электрического или магнитного поля). При возбуждении полупроводника концентрация подвижных носителей заряда - электронов (п) и дырок (р) превышает равновесную концентрацию (и0 и ра). Это приводит к увеличению проводимости полупроводника. Электроны или дырки проводимости, не находящиеся и термодинамическом равновесии, называются неравновесными носителями заряда.

Дробовые шумы в р-п-переходах создаются флуктуациями эмиссии дырок и аналогичны дробовым шумам в электронных лампах. Ре комбинационные шумы создаются в результате беспорядочной рекомбинации дырок с электронами, происходящей в основном на поверхности полупроводника. Концентрация дырок в области базы не остается постоянной также из-за наличия дефектов кристаллической решетки. Тепловые шумы сопротивления базы являются обычными тепловыми шумами любого активного сопротивления.

При постоянной температуре (и в отсутствие других внешних воздействий) кристалл находится в состоянии равновесия: число генерированных пар носителей заряда равно числу рекомбинированных пар. Число носителей заряда в единице объема, т. е. их концентрация, определяет значение удельной электрической проводимости. Для собственного полупроводника концентрация электронов и; равна концентрации дырок Pi (п; = PI).

Рисунок 4.5,г иллюстрирует режим сильной инверсии МДП-структуры при напряжении на затворе, большем порогового. Вблизи поверхности полупроводника концентрация дырок больше концентрации доноров и электронов: в результате около поверхности преобладает заряд дырок Qp, далее располагается заряд ионов доноров Qoua — qNlQ.

Существование электронно-дырочного перехода обусловлено различием в концентрации подвижных носителей заряда электронной и дырочной областей. В электронной части полупроводника концентрация электронов в соответствии с (2.15) га„ = NK, а кон-

Объемная составляющая термо-э. д. с. Концентрация носителей заряда в проводнике зависит от температуры. У металлов эта зависимость очень слабая и обусловлена термическим расширением, вызывающим изменение объема проводника. У полупроводников, наоборот, с увеличением температуры концентрация носителей может расти очень сильно. Поэтому на горячем конце полупроводника концентрация носителей заряда может оказаться выше, чем на холодном, вследствие чего от горячего конца к холодному возникает диффузионный поток, приводящий в «-полупроводнике к образованию на холодном конце отрицательного объемного заряда, на горячем — положительного заряда. Эти заряды создают разность потенциалов V0s, которая и представляет собой объемную составляющую термо-э. д. с.