Conductibilitatea semiconductorilor cauzate de electroni transferate în banda de conducție cu un nivel de donatori, și găuri formate la trecerea electronilor din banda de valență la nivelurile acceptor
Conductivă impuritate semiconductor numit conductivitate cauzate de electroni care s-au mutat la banda de conducție cu niveluri ale donatorilor E d. situat în apropierea Ec. și găurile sunt formate în banda de valență la trecerea electronilor la niveluri acceptor E o. situate în apropierea E v (fig. 1a, 1b).
Impuritatea semiconductor n-tip
Impuritatea semiconductor p-tip
În general, nivelurile de donor și acceptor în banda interzisă a semiconductorului sunt formate prin dopaj, adică introducerea unor impurități în semiconductor intrinsec. Astfel, se poate spune că conductivitatea se datorează ionizarea atomilor de impuritate în semiconductor impuritate.
În semiconductori, grupa IV a tabelului periodic (Ge Si.), În apropierea nivelurilor donatorilor formate de grupul c V elemente E (Sb As.) Și nivelurile de acceptor lângă E v - (. In Ga) elementele grupului III.
Cantitatea de conducție impurități:
pr s = e (m n n + m p p),
unde n - concentrația donor de electroni în banda de conducție;
p - densitatea găurilor din banda de valență la acceptor;
m n; m p - mobilitatea electronilor și găuri, respectiv.
În cazul în care conductivitatea de impurități se datorează în principal electronilor de la nivelurile de donatori (m n n >> m p p), adică electronii sunt purtătorii majoritari, se vorbește despre conductivitatea electronică a semiconductorilor sau semiconductori de tip n; dacă predomină conductivitate datorită găurilor formate datorită îndepărtării electronilor la niveluri acceptor (m p p >> m n n), atunci vorbim de tip p conductibilitate sau de tip p semiconductori unde purtătorii majoritari sunt găuri. În cazul în semiconductor de tip n (tip p), adâncimea nivelului impurității E d (sau E a) în domeniu, temperatura T este mai mică decât kT (k - Boltzmann), atunci practic toți donatorii complet ionizat (sau acceptori de electroni umplute) ( vezi. Fig. 2a, 2b).
Impuritatea semiconductor n-tip
Impuritatea semiconductor p-tip
Dacă temperatura în această zonă și o conductivitate privată este mică, adică N d și N un >> n i = p i, concentrația majorității purtătorilor de sarcină aproximativ egal cu concentrația donatorului (sau acceptor) impuritatea (N d - concentrația donor, N o - - acceptor de concentrație n i p i concentrație purtătoare intrinsecă.):
n @ N d (n-tip într-un semiconductor);
n @ N a (un semiconductor de tip p);
În cazul general, adică cu ionizare incompletă de impurități și prezența conductibilitate intrinsecă, concentrația de purtător determinată prin formulele:
n = 2 (2 p m n * kT / h 2) 3/2 exp (E f / kT);
p = 2 (2 p m p * kT / h 2) 3/2 exp (- E f D E / kT),
unde m n *. m p * - masa efectivă a electronilor și găuri în semiconductor;
E f - adâncimea nivelului Fermi care depinde de parametrii nivelurilor de impuritate.
De exemplu, dacă T = 300 K, un Ge (D E = 0,78 eV) pentru N d = Oct. 21 m -3. n = 17 Oct. m -3.
Magnitudinea conductibilitate extrinsecă la această temperatură:
s = pr h 10 5 1 ohm -1 m -1.
timpul de inițiere (log t o -3-2);
Durata de viață (log t c -3 la 15);
timpul degradării (log t d -3-2);
Timpul optim de manifestare (log t K-1 la 1).
Realizarea tehnică a efectului
efect de implementare tehnică
Realizarea tehnica - un termistor (termistor). Într-un mediu cu temperatura T este proba de semiconductor de impurități, de exemplu, n - Ge dopat cu As. Măsurarea dependența conductivității de temperatură, observăm că conductivitatea scade când este răcit. Dacă vă construi această relație în coordonate logaritmice, puteți vedea că merge la zero la absolut temperatura de zero.
Folosind termistoare fenomenului impuritatea conducție sunt folosite ca senzori de temperatură. Principiul de funcționare se bazează pe o astfel de schimbare în intensitatea curentului în circuitul senzorului de temperatură atunci când se schimbă. curent senzorului variază datorită schimbărilor în conductivitatea impurităților semiconductor. De exemplu, termistoare de n - Ge cu o impuritate donor Așa cum este utilizat în măsurarea temperaturii de heliu lichid.
Mai mult decât atât, p-n joncțiune, care este baza oricăror componente electronice semiconductoare, este rezultatul contactului dintre doi semiconductori cu conductivitățile impuritate.
1. Enciclopedică fizică slovar.- M. 1982.
2. S. Sze, Fizica Semiconductor priborov.- Mir 1984.
- semiconductoare
- electron
- gaură
- impuritate
- donatori
- acceptori
- concentrația de impurități
- nivel de adâncime
Secțiunile de Științe ale Naturii: