- •Что такое полупроводник? Как осуществляется электропроводность в собственном и примесном полупроводниках?
- •Нарисуйте и поясните зонные диаграммы полупроводников.
- •От каких параметров зависит концентрация носителей в полупроводниках?
- •Нарисуйте и поясните зависимость концентрации носителей зарядов в полупроводниках от температуры.
- •Что такое подвижность и как она зависит от температуры?
- •Напишите формулу, нарисуйте график и поясните зависимость сопротивления полупроводника от температуры.
- •Как по температурным характеристикам полупроводников можно определить Eg, Ed, Ea ?
- •Как связана энергия активации Ea с Eg, Ed, Ea ?
- •Какой физический смысл у параметров терморезистора и b ?
- •Какие причины несовпадения графиков температурных характеристик, снятых на подъеме и спаде температуры ?
От каких параметров зависит концентрация носителей в полупроводниках?
Возникновение свободных носителей заряда в полупроводниках обусловлено "отрывом" электрона от основного или примесного атома. Чтобы такой процесс произошел, необходимо передать электрону достаточно большую порцию энергии Ea , которую принято называть энергией активации
Таким образом, концентрация носителей заряда в невырожденном собственном полупроводнике зависит от температуры T, ширины запрещенной зоны Eg , значений эффективных масс электронов mn и дырок mp.
Нарисуйте и поясните зависимость концентрации носителей зарядов в полупроводниках от температуры.
При повышении температуры T до значения, при котором kT > Ed, все примесные атомы оказываются ионизованными и концентрация примесных электронов просто равняется Nd . Это явление носит название "примесное истощение". Условную температуру, при которой начинается участок примесного истощения, часто обозначают Ts и называют температурой истощения примеси.
Дальнейшее повышение температуры приводит к ионизации атомов полупроводника, т.е. к переходу электронов из валентной зоны в зону проводимости. Поскольку концентрация этих атомов много больше концентрации донорных атомов, то при высокой температуре большая часть электронов в зоне проводимости обусловлена валентными электронами, и концентрация определяется соотношением (3). Температура, при которой наступает собственная проводимость у донорного полупроводника, обычно обозначается как Ti . Из физических соображений очевидно, что температура Ti тем ниже, чем меньше ширина запрещенной зоны Eg и ниже концентрации примеси Nd.
График логарифма концентрации от обратной температуры в электронном (донорном) полупроводнике представлен на рис.4.
ln n
3 2 1
1/Ti 1/Ts 1/T
Рисунок 4- Зависимость логарифма концентрации электронов от обратной температуры
На графике цифрой 1 обозначена область слабой ионизации примеси.
При повышении температуры до T = Ts концентрация носителей. заряда возрастает по экспоненте, а подвижность изменяется по более слабому степенному закону ~ T3/2 и зависимостью п от Т можно пренебречь
Что такое подвижность и как она зависит от температуры?
При изучении зависимости проводимости (сопротивления) от температуры необходимо знать зависимость = f (). Теория приводит к следующим выводам. При рассеянии носителей тепловыми колебаниями решетки тк ~ T-3/2 для невырожденного и для вырожденного газа. При рассеянии на ионизованных примесях i ~ T3/2. Подвижность носителей при наличии нескольких типов дефектов может быть описана выражением , где i - подвижность носителей заряда в кристалле с i-м типом дефектов.
Зависимость подвижности от температуры в невырожденных примесных полупроводниках показаны на рисунке 5.
При высоких температурах преобладает рассеяние носителей заряда тепловыми колебаниями решетки и ~ T-3/2, а при низких температурах определяющим является рассеяние на ионах примеси и ~ T3/2 .
Рисунок 5- Зависимость подвижности от температуры в невырожденном полупроводнике