4 Параметры примесных полупроводников
Кроме перечисленных параметров собственных полупроводников, примесные полупроводники имеют следующие параметры:
Тип проводимости.
Концентрация доноров или акцепторов.
Энергия ионизации примеси.
Концентрация свободных носителей заряда.
Подвижность носителей заряда.
Удельная электропроводимость.
1. Концентрация доноров или акцепторов. Ею называется количество примесных атомов в единице объема вещества. Измеряется в [см-3]. Обозначается: NД - концентрация доноров, NА - концентрация акцепторов.
2. Энергия ионизации примеси. Это энергия, которая необходимая для освобождения примесного электрона или дырки из примесного уровня. Для донорного полупроводника она отсчитывается от дна зоны проводимости до примесного уровня, а для акцепторного - от потолка валентной зоны по примесного уровня (см. рис. 1.4 и 1.5).
По значениям энергии ионизации примесь делится на мелкую и глубокую. Если энергия ионизации примеси близка к половине ширины запрещенной зоны, то такую примесь называют глубокой. Если энергия ионизации примеси близка к уровню разрешенной зоны (реально меньше 0,1-0,05 эВ), то такую примесь называют мелкой. Чем больше энергия ионизации примеси, тем при той же температуре меньше концентрация свободных носителей заряда.
3. Концентрация свободных носителей заряда. Это количество свободных электронов (для донорного) или дырок (для акцепторного) в единице объема полупроводника. Определяется в [см-3].
Рассмотрим зависимость концентрации свободных носителей заряда от температуры на примере донорного полупроводника. При температуре 0 К все собственные электроны находятся в валентной зоне, а примесные на примесном уровне. Зона проводимости свободна от электронов и полупроводник не проводит электрический ток (рис. 1.8).
На участке низких температур при повышении температуры примесные электроны переходят с примесного уровня в зону проводимости (участок 1). Концентрация свободных электронов растет согласно
, (1.17)
где Nd - концентрация доноров;
Ed - энергия ионизации доноров.
Этот участок называется участком “вымораживания” примеси.
Последующий рост температуры приводит к истощению электронных ресурсов примесных атомов, когда все примесные электроны переходят в зону проводимости (участок 2). Этот участок называют участком “истощения” примеси. В этом случае собственные электроны не имеют достаточной энергии, чтобы преодолеть запрещенную зону. Вот почему концентрация свободных электронов приблизительно равняется концентрации примесных атомов
. (1.18)
Если дальше повышать температуру, то в зону проводимости переходят собственные электроны, а в валентной зоне возникают свободные дырки, то есть такой полупроводник ведет себя как собственный.
Такой участок называют участком “собственной проводимости”, а концентрацию свободных носителей заряда можно рассчитать согласно (1.12).
Снимая экспериментально зависимость в широком интервале температур по наклону прямой зависимости на участке “вымораживания примеси” (участок 1), можно определить энергию ионизации примеси; по значении полки на участке “истощения примеси” (участок 2), можно рассчитать концентрацию доноров; а по наклону прямой на участке “собственной проводимости” (участок 3) - рассчитать ширину запрещенной зоны.
4. Подвижность носителей заряда. В отличие от собственных полупроводников в примесных полупроводниках имеет место еще один механизм рассеяния электронов - на ионизированных атомах примеси. Этот механизм доминирует при низких температурах (обычно, на участке “вымораживания примеси” и частично на участке “истощения” примеси). В этом случае рост температуры приводит к росту тепловой скорости электронов, в результате чего они в меньшей степени взаимодействуют с ионизированными атомами примеси. Поэтому с ростом температуры подвижность носителей заряда растет (рис. 1.9)
. (1.19)
При больших температурах, как и в случае собственных полупроводников, доминирует механизм рассеивания электронов на тепловых колебаниях узлов кристаллической решётки, поэтому в этом случае подвижность носителей заряда с ростом температуры снижается согласно (1.11).
- Вступление
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Полупроводниковые материалы
- 2 Структура и зонная диаграмма собственных и примесных полупроводников
- 3 Параметры собственных полупроводников
- 4 Параметры примесных полупроводников
- 5. Электропроводность примесных полупроводников.
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа №2 Исследование основных типов полупроводниковых диодов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторная схема
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Подготовка измерительного стенда к измерению вольтамперных характеристик диодов и стабилитронов.
- Исследование германиевого микросплавного импульсного диода типа гд508а.
- Исследование кремниевого маломощного стабилитрона типа 1n5201.
- Теоретические знания
- Образование электронно-дырочного перехода
- Вольтамперная характеристика р-п перехода
- Полупроводниковые диоды
- Влияние внешних факторов на вах реальных диодов
- 3 .2 Классификация диодов
- Параметры и применение исследуемых типов диодов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 3 Исследование статических характеристик основных типов биполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Подготовка измерительного стенда к измерению статических характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- 2. Исследование кремниевого эпитаксиально-диффузионного биполярного транзистора п-р-п типа кт315е.
- Теоретические знания
- 1 Структура и основные режимы работы биполярного транзистора
- 2 Работа транзистора в активном режиме
- 3 Сравнение различных схем включения транзистора
- 4 Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- 6 Статические характеристики биполярного транзистора
- 7 Модель Эберса-Молла
- 8 Работа транзистора в импульсном режиме
- 9 Классификация биполярных транзисторов
- 10 Система обозначений биполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование статических параметров основных типов униполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Исследование полевого транзистора управляемого р-п переходом и каналом п-типа кп303и.
- Теоретические знания
- 1 Структура и принцип работы униполярного транзистора с управляющим р-п переходом
- 2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
- 4 Малосигнальные параметры униполярных транзисторов
- 5 Основные схемы включения униполярных транзисторов
- 6 Классификация униполярных транзисторов
- 7 Система обозначений униполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 5 Исследование rс-усилителя на биполярном р-п-р транзисторе, как основного усилителя систем управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Выбор режима работы усилителя по постоянному току
- Нагрузочная прямая строится следующим путем (только для линейной нагрузки):
- 2 Стабилизация работы транзисторного усилителя с помощью отрицательной обратной связи
- 3 Амплитудно - частотная характеристика усилителя
- 4 Эмиттерный повторитель напряжения
- Если учитывать сопротивление базового делителя, то входное сопротивление приблизительно равняется
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6 исследование основных схем включения операционного усилителя, применяемых в системах управления
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Идеальный операционный усилитель
- 2 Параметры реального операционного усилителя
- 3 Основные схемы включения операционных усилителей
- 4 Зависимость коэффициента усиления оу и фазового смещения от частоты
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 7 Исследование основных схем включения мультивибраторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Исследование мультивибратора на биполярных транзисторах
- 2. Исследование мультивибратора на операционном усилителе
- Теоретические знания
- 1 Мультивибратор на биполярных транзисторах
- 2 Мультивибратор на основе операционного усилителя (оу)
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 8 исследование типОвых логических функциональных элементов интегральных микросхем
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- Классификация интегральных микросхем
- 2 Условные обозначения и таблицы истинности основных логических элементов
- 3 Типовые схемы базовых логических элементов интегральных микросхем
- 4 Сравнение ттл и кмоп логических элементов
- Контрольные вопросы