- •Физика полупроводников
- •Глава 1. Физические модели полупроводников 22
- •Введение
- •В.1. Основные этапы развития физики полупроводников.
- •1) Дискретная электроника на электровакуумных приборах.
- •«Закон Мура» скоро умрет?
- •В.3. Классификация веществ по удельной электрической проводимости. Основные представления о свойствах полупроводников.
- •Глава 1. Физические модели полупроводников
- •1.1. Модельные представления о структуре твердых тел
- •1.1.1. Агрегатные состояния вещества (конспективно)
- •1) Газообразное вещество
- •2) Жидкое состояние
- •3) Твердые тела (вещества)
- •4) Особые состояния вещества:
- •1.1.2. Типы связей в кристаллах (конспективно)
- •1. Ионная связь ( рис. 1.1) :
- •2. Металлическая связь.
- •3. Связь Ван-дер-Вальса
- •4. Ковалентная связь.
- •1.1.3. Кристаллические решетки. Операции симметрии.
- •1.1.4. Положение и ориентация плоскостей и направлений в кристалле
- •1.1.5. Обратная решетка
- •1.1.6. Примеры кристаллических структур материалов электроники
- •1.1.7. Тепловые колебания атомов решетки
- •1.1.8. Дефекты кристаллического строения
- •Линейные дефекты (дислокации, стержнеобразные дефекты и др.);
- •Поликристаллические и аморфные материалы
- •1.1.9. Жидкие кристаллы
- •1.1.10. Фазовые диаграммы и твердые растворы
- •1.1.11. Выращивание кристаллов кремния
- •Получение металлургического кремния.
- •Получение трихлорсилана
- •Осаждение из парогазовой смеси поликрист. Кремния.
- •1.2. Модели электропроводности полупроводников
- •1.2.1. Электропроводность собственного полупроводника в рамках модели ковалентной связи
- •1.2.2. Электропроводность примесных полупроводников в рамках модели ковалентной связи
- •1.2.3. Элементарная теория электропроводности полупроводников
Глава 1. Физические модели полупроводников
Термином "модель" принято обозначать некоторую совокупность идей и представлений, определенную математическую форму. С одной стороны, описание с помощью моделей позволяет логически объяснить физические явления и их свойства, с другой—в некоторых особых случаях модель позволяет открывать новые, ранее не известные факты.
Изучение физики полупроводников базируется на использовании в основном двух дополняющих друг друга моделей: модели ковалентной связи и зонной модели.
Модель ковалентной связи дает возможность получить некоторые качественные представления о внутренних физических процессах в кристаллических твердых телах. Эти сведения необходимы на этапе, предшествующем строгому математическому изучению.
Зонная модель (или модель энергетических зон) принадлежит к числу наиболее часто используемых, поскольку позволяет количественно изучать физические явления в полупроводниках и полупроводниковых устройствах. При элементарном рассмотрении обычно начинают с модели ковалентной связи, а затем переходят к модели энергетических зон. Это позволяет с разных сторон изучать физику движения электронов и дырок — носителей заряда в полупроводнике.
Физико-математическая модель основывается на некоторых физических гипотезах и дает математическую формулировку процессов в полупроводниковых материалах. Она является основным инструментом теоретического исследования.
1.1. Модельные представления о структуре твердых тел
1.1.1. Агрегатные состояния вещества (конспективно)
1) Газообразное вещество
- Нет взаимодействия между молекулами. Хаотичное движение.
- Расстояние между молекулами >> их размеров.
- Изотропность физических свойств (т.е. свойства не зависят от направления).
2) Жидкое состояние
- слабое взаимодействие между молекулами;
- в расположении атомов, молекул есть ближний порядок, но нет дальнего;
- изотропность характеристик.
3) Твердые тела (вещества)
-отличаются значительным взаимодействием между молекулами. По типу строения различают:
(а) Кристаллические твердые тела
- отличаются упорядоченным пространственным расположением атомов (молекул);
- строго определенная температура плавления;
- анизотропия свойств (т.е. механические, физические, тепловые и другие свойства зависят от направления в пространстве).
(б) Аморфные твердые тела (= застывшая жидкость с очень высоким коэффициентом вязкости)
- размытая точка плавления
- изотропность свойств
- отсутствие дальнего порядка в расположении атомов.
4) Особые состояния вещества:
(а) Жидкие кристаллы (будут рассмотрены далее).
(б) Плазма - особое состояние сильно ионизированного газа.
1.1.2. Типы связей в кристаллах (конспективно)
Химическая связь в молекулах и кристаллах определяется строением и свойствами атомов.
Характеристики химической связи:
энергия связи (Е, выделяемая при разрыве связи);
кратность связи (количество электронных пар, связывающих два атома);
длина связи (расстояние между ядрами атомов);
элекроотрицательность - способность атома притягивать электроны;
полярность связи (смещение электронной пары к одному из атомов = функция элекроотрицательности);
направленность связи.
По типу химической связи различают ионную, ковалентную, металлическую, молекулярную (Ван-дер Вальсовскую).