4.15. Полупроводниковые материалы Полупроводниковые материалы
Согласно зонной теории электропроводности у диэлектриков ширина запрещенной зоны ΔW > 3 эВ, у проводников ΔW ≤ 0. У большинства используемых в технике полупроводников ширина зоны ΔW = 0,05 ÷ 3 эВ.
Рис. 3.1. Энергетическая диаграмма полупроводников: 1 − заполненная электронами зона; 2 – запрещённая зона шириной W; 3 – зона свободных энергетических уровней
Основной особенностью полупроводников является их способность изменять свои свойства под влиянием внешних воздействий.
Электропроводность полупроводников складывается из двух составляющих:
γ = γē + γД,
где γē – электронная электропроводность;
γД – дырочная электропроводность.
Общие сведения
Ширина запрещенной энергетической зоны в полупроводниках составляет_____эВ.
0,05–3
0
более 3
более 8
Воздействие внешних факторов на электропроводность полупроводников
У полупроводников есть хоть и узкая, но запрещенная зона. Чтобы увеличить электропроводность полупроводника, нужно подвести энергию извне. Рассмотрим основные способы подведения энергии.
а)Влияние температуры на электропроводность полупроводников
На
рис.3.8. представлена температурная
зависимость удельной электропроводности
для полупроводника. Эта зависимость
сложнее, так как электропроводность
зависит от подвижности и числа носителей
(
).
Рис.3.8. Температурная зависимость удельной электропроводности для полупроводника
На участке АБ рост удельной электропроводности с увеличением температуры обусловлен примесью (по наклону прямой на этом участке определяют энергию активации примесей Wп). На участке БВ наступает насыщение и число носителей не растет, а проводимость падает из-за уменьшения подвижности носителей заряда. На участке ВГ рост проводимости обусловлен увеличением числа электронов основного полупроводника, преодолевших запрещенную зону.
Терморезисторы
Терморезисторы − это полупроводниковые резисторы, значительно изменяющие свое сопротивление при изменении температуры.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКR) терморезистора представляет собой относительное изменение сопротивления при изменении температуры на 1 градус:
.
Температурный коэффициент ТКR можно определить по кривой (рис. 3.9) графическим методом, где dR/dT= АБ/БВ.
Полупроводниковые термисторы с отрицательным ТКR называют термисторами.
б)Воздействие света на электропроводность полупроводников
Фотопроводимость – это свойство полупроводников увеличивать электропроводность под воздействием электромагнитного излучения.
Электропроводность полупроводника увеличивается под воздействием потока фотонов. Энергия фотона (в электрон-вольтах) равна
WФ
=
,
где λ – длина волны, мкм.
Поэтому существует граничная длина волны, для которой выполняется условие
WФ < ΔW.
На рис.3.10 показана проводимость германия в зависимости от длины волны падающего излучения. Ширина запрещенной зоны германия 0,72 эВ, пороговая длина волны λ=1,8 мкм, она лежит в инфракрасной области спектра.
Рис. 3.10. Проводимость германия в зависимости от длины волны:
I – видимая область спектра; II – красная; III - инфракрасная
в) Влияние сильных электрических полей на электропроводность полупроводников
Электропроводность полупроводников зависит от напряжённости электрического поля. На рис.3.11 показана зависимость удельной проводимости от напряжённости электрического поля.
Рис. 3.11. Зависимость удельной проводимости полупроводника от напряжённости электрического поля Е при различных температурах (t) для слабых (I) и сильных (II) полей