СТАВРОПОЛЬСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ СВЯЗИ

Кафедра радиоэлектроники

«УТВЕРЖДАЮ»
НАЧАЛЬНИК КАФЕДРЫ					Экз.№
полковник В.НИКУЛИН
		199г.

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

Электронные, твердотельные приборы и микроэлектроника

для курсантов

2-х курсов факультетов 1,2,3.

Тема:

№ 5

Полупроводниковые приборы

Лекция

№ 11

Физические основы полупроводниковых приборов

Обсуждено на заседании кафедры (ПМК)

199 г.

Протокол №

Ставрополь 199 г.

Учебные вопросы:

1. Структура и проводимость полупроводников.

2. Виды электрических переходов и их свойства.

1. Структура и проводимость полупроводников.

По электрическим свойствам все вещества делятся на три основных класса:

• проводники (10^-3 омсм)

• диэлектрики (10¹⁰ омсм)

• полупроводники (10^-310¹⁰ омсм).

Особенности полупроводников:

1. промежуточное положение между проводниками и диэлектриками по величине удельного сопротивления;

2. сильная зависимость удельного сопротивления от температуры, освещенности, наличия и концентрации примесей.

Полупроводники – распространенная группа веществ в природе:

1. химические элементы – бор, углерод, кремний, германий, йод и др.

2. химические соединения – арсенид галлия GaAs, закись меди CuO, сернистый свинец PbS и др.

Особенности свойств полупроводников легко и целесообразно пояснять на основе квантовых представлений (более подробно см. курс "Физики"):

1. в уединенном атоме электроны, вращающиеся вокруг ядра, обладают энергией, которая тем больше, чем больше радиус орбиты;

2. допустимые значения энергии электронов в атоме дискретны, т.е. электроны могут двигаться не по любым, а только по определенным орбитам – разрешенным, каждой из которых соответствует вполне определенная энергия электрона. Возможные значения этой энергии называются разрешенными энергетическими уровнями. На каждом энергетическом уровне может находиться не более 2-х электронов (с разными направлениями спинов);

1. 

   электроны могут переходить с одного энергетического уровня на другой, если этот уровень свободен.

В твердом теле в результате взаимодействия атомов каждый из возможных энергетических уровней уединенного атома расщепляется, образуя зоны уровней. Из разрешенных энергетических уровней образуются разрешенные энергетические зоны (см. рис.1). Этих зон столько, сколько разрешенных энергетических уровней в атоме.

Разрешенные зоны отделены друг от друга промежутками – запрещенными зонами, где электроны находиться не могут. Электрофизические свойства твердого тела определяются характером расположения двух верхних энергетических зон, образовавшихся в результате расщепления энергетических уровней валентных электронов (валентная зона) и уровней возбуждения и ионизации электронов атомов (зона проводимости). В этой зоне находятся электроны, получившие от какого-либо источника дополнительную энергию. Они практически не связаны со своими атомами, т.е. становятся свободными и способными под действием внешнего электрического поля образовать ток проводимости. В зависимости от ширины запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной твердые тела обладают разной электропроводностью.

Рис.2 Энергетические диаграммы твердых веществ.

На энергетических диаграммах (Рис.2) веществ, обладающих свойствами полупроводников, ширина запрещенной зоны относительно мала и не превышает 3 эВ.

У проводников валентная и свободная зоны перекрываются, т.е. ширина запрещенной зоны равна нулю. Валентные электроны переходят в зону проводимости при сообщении им ничтожной дополнительной энергии. Поэтому проводники обладают высокой электропроводностью.

У диэлектриков ширина запрещенной зоны велика, и число электронов в свободной зоне практически равно нулю. Это объясняет низкую электропроводность диэлектриков.