2 курс 1 часть / электроника / лекции / Электроника УрТИСИ +

Тема 1.

Физические основы электроники

1.1 Основные сведения о проводимости полупроводников

Физические принципы работы полупроводниковых приборов основаны на явлениях электропроводности в твѐрдых телах.

По способности проводить электрический ток все вещества делятся на три класса:

-Проводники

-Диэлектрики

-Полупроводники

18

Проводники

В проводниках валентная и свободная зоны перекрываются, поэтому электроны свободно переходят из зоны в зону и становятся свободными носителями электрического тока.

Свободная

зона

	Валентная	Диэлектрик
	зона

19

Диэлектрики

В диэлектриках валентная и свободная зоны разделены запрещенной зонойεз значительной ширины, поэтому электроны не могут переходить из зоны в зону. Свободные носители электрического тока в диэлектриках отсутствуют.

	Свободная	Свободная
		зона
	зона

			εз
	Валентная	Валентная
	зона
		зона	20

Полупроводники

К полупроводникам обычно относят вещества, удельная электропроводность которых при температуре 20ºС составляет

10 10 103	1		1
	Oм		см

Свободная		Свободная		Свободная
зона		зона		зона
		εз			εз
Валентная		Валентная		Валентная
				зона
зона		зона			20

Полупроводники

По ширине запрещенной зоны полупроводники занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками.

Для полупроводниковых материалов, которые наиболее часто используются в электронике, ширина запрещенной зоны составляет:

для германия – 0,7эВ, для кремния – 1,1эВ,

для арсенида галлия – 1,4 эВ.

Для сравнения εз для диэлектриков составляет до 5 эВ.

22

Характерными особенностями полупроводниковых материалов являются резко выраженная зависимость электропроводности от:

-Изменения температуры;

-Количества и природы введѐнных примесей;

-Наличия электрического поля;

-Светового воздействия;

-Ионизирующего излучения и др.

23

1.2Электропроводность полупроводников

1.2.1Собственная электропроводность

Свободная

зона

εз

Валентная

зона

Электропроводность вещества и полупроводника в т.ч. возможна в том случае, если электрон в валентной зоне получит дополнительную энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны и попадает в свободную зону.

24

Собственная электропроводность

Электроны, находящиеся в свободной зоне, обладают довольно большой энергией и могут еѐ изменять под действием электрического поля, перемещаясь в объѐме полупроводника. Этими электронами и определяется электропроводность полупроводника.

25

Энергетические уровни валентной зоны обычно заполнены электронами внешней оболочки атомов – внешних устойчивых орбит (валентными электронами).

При наличии свободных уровней в валентной зоне электроны могут изменять свою энергию под воздействием электрического поля.

Если же все уровни зоны заполнены, то валентные электроны не могут принять участие в проявлении электропроводности полупроводника.

26

Плоская модель кристаллической решѐтки

Si

Si

Si

Si

+-

-

Si

Связь атомов в кремнии устанавливается вследствие наличия специфических обменных сил, возникающих при парном объединении валентных электронов.

27