Р-типа

Примесной проводимости.

По виду проводимости.

По строению.

Простые.

По составу.

По происхождению.

1.1 Природные (образуются в природных условиях).

1.2 Синтетические (синтезируются химическим путём).

2.

2.1 Органические (соединения углерода с водородом, азотом, кислородом и др.).

2.2 Неорганические (не содержат в своем составе углерода).

Германий Ge, кремний Si, селен Se.

3.2 Сложные (сложные соединения различных элементов).

Карбид кремния SiC, окись железа Fe₂O₃ (гематит), окись меди (I) Cu₂O.

4.1 Кристаллические (имеют кристаллическую структуру).

4.2 Аморфные (не имеют кристаллической структуры - изотропны, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях, не имеют определённой точки плавления).

5.1

Чистый полупроводник, в котором примеси составляют не более 10^-11 %, имеет одинаковое количество электронов и дырок, в результате разрыва ковалентных связей.

Например, элементы IV группы:

а) углерод C

б) кремний Si

в) германий Ge

5.2.1

В качестве примеси используют элементы высшей группы (донор), основные носители заряда электроны, неосновные – дырки.

Например, элементы V группы:

а) фосфор P;

б) мышьяк As;

в) сурьма Sb.

Например, элементы III группы:

а) бор B;

б) алюминий Al;

в) индий In.

Применение: электронная техника (выпрямители, усилители, бесконтактные переключатели, инверторы, интегральные схемы).

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Электропроводность полупроводников.

В полупроводниках свободных электронов не много, валентные электроны связаны со своими атомами. Ток может, возникнут и изменяться в широких пределах под влиянием внешних воздействий: нагревание, облучение или введение примесей. Это увеличивает энергию электронов, позволяет им оторваться от своих атомов. Место на внешней оболочке атома, покинутое электроном называется дыркой. Дырку принято считать положительно заряженной частицей с зарядом равным заряду электрона.

Удельная проводимость собственного полупроводника (мала)

где q – заряд электрона;

n – число электронов и дырок в единице объёма;

µ – подвижность электронов и дырок;

υ – дрейфовая скорость электронов и дырок;

Е_вн – напряжённость внешнего электрического поля.

Факторы, влияющие на электропроводность полупроводников.

1.При внесении примесей увеличивается количество свободных электронов или дырок и сопротивление полупроводника уменьшается.

2.При деформации полупроводника в холодном состоянии искажается кристаллическая решётка, и сопротивление проводника увеличивается.

3.При увеличении температуры, увеличивается количество электронов и дырок, за счёт передачи тепловой энергии электронам и разрыва ковалентных связей, и сопротивление полупроводника уменьшается.

4.При воздействии светового потока, осуществляется переход электронов в свободное состояние, за счёт передачи энергия света, и сопротивление полупроводника уменьшается. При этом энергия, предаваемая каждому электрону, зависит от частоты световых колебаний, а с увеличением яркости света (силы света) возрастает число поглощающих свет электронов.

5.При воздействии магнитного поля на полупроводник происходит искривление траектории движения электронов, и электропроводность полупроводника изменяется.

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД (p-n-переход)

Электронно-дырочный переход (p-n-переход) – это слой в полупроводниковом материале между двумя областями с различными типами электропроводности (одна может быть металлом).

Получение p-n-перехода.

1.

2.

В n-полупроводнике много электронов, а в p-полупроводнике много дырок и между полупроводниками начинается обмен носителями заряда. При этом оставляя в приконтактной области некомпенсированный заряд ионов (положительный в полупроводнике n-типа и отрицательный в полупроводнике p-типа). Область раздела оказывается обедненной свободными носителя заряда и, не смотря на малую ширину (10^-6-10^{-8 м), обладает большим сопротивлением, во много раз больше остальной части полупроводника. В результате образуется местное электрическое поле Е}_д, которое препятствует дальнейшему диффузионному потоку носителей заряда.

Работа p-n-перехода.

1.

2. Прямое включение. Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение «-» к n-области, а «+» к p-области, напряжённость внешнего электрического поля Е_вн не совпадает с местным. Основные носители будут перемещаться к границе раздела, ссужая область раздела и сопротивление перехода резко уменьшается. Через p-n-переход будет походить большой прямой ток I_пр,, созданный основными носителями.

Воль - амперная характеристика (ВАХ)p-n-перехода.

Воль - амперная характеристика (ВАХ) – это зависимость тока проходящего через p-n-переход и внешним напряжением.

1.

2. Лавинный пробой. Разогнавшиеся в электрическом поле электроны способны ионизировать нейтральные атомы, образуя дополнительные пары неосновных носителей, которые также способны к ионизации и т.д. Ток быстро возрастает при малом изменении напряжения.

Электрический и лавинный пробои обратимые.

3. Тепловой пробой. Переход перегревается из-за больших токов и начинается термогенерация электронов. Переход может выгореть, и такой пробой необратим.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Германий (Ge). Твёрдый кристаллический хрупкий материал с металлическим блеском (содержание в земной коре 0,001%).

Свойства:

- рабочая температура полупроводниковых приборов от -60 до 80 ⁰С;

- не взаимодействует с водой;

- высокая коррозийная стойкость (до 600 ⁰С);

- не прозрачен для видимого света и относительно прозрачен для инфракрасных лучей при длине волны более 1,8 мкм.

Применение: полупроводниковые приборы, фотоэлементы, тензодатчики, детекторы ядерного излучения.

2. Кремний (Si). Кристаллический материал тёмно-серого света с металлическим блеском, самый распространенный в природе после кислорода (содержание в земной коре 29,5%).

Свойства:

- рабочая температура полупроводниковых приборов от -60 до 200 ⁰С;

- не взаимодействует с водой;

- высокая коррозийная стойкость (до 900 ⁰С);

- химически устойчив при комнатной температуре, не реагирует с многими кислотами в любой концентрации, и растворяется в кипящих щелочах;

- не прозрачен для видимого света и относительно прозрачен для инфракрасных лучей при длине волны более 1,2 мкм.

Применение: базовый элемент полупроводниковой электроники (полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы), фотоэлементы солнечных батарей, тензодатчики, детекторы ядерного излучения, раскислитель при производстве стали.

3. Селен (Se). Кристаллический материал различной окраски в зависимости от строения, в природе встречается редко и в малых концентрациях (содержание в земной коре 6∙10^-6 %).

Свойства:

- рабочая температура полупроводниковых приборов от -60 до 75 ⁰С;

- не взаимодействует с водой до 100-150 ⁰С;

- не окисляется при комнатной температуре;

- растворяется в щелочах с образование солей;

- спектральные характеристики почти совпадают со спектральной характеристикой глаза;

- прозрачен для инфракрасных лучей.

Применение: полупроводниковые приборы, фотоэлементы, защитные покрытия в приборах инфракрасного диапазона, краситель для красок, пластмасс, резин и керамики.

4. Карбид кремния (SiC). Хрупкий поликристаллический бесцветный материал, в природе встречается крайне редко в виде минерала муасанита.

Свойства:

- высокая твёрдость (немного уступает алмазу);

- при содержании кремния Si более 70% обладает электронной проводимостью, а при содержании углерода С более 30% – дырочной;

- при легировании элементами V группы, окрашивается в зелёный свет, а при легировании элементами II и III групп, окрашивается в голубой или тёмно-фиолетовый свет;

- нелинейная зависимость между током и напряжением;

- рабочая температура полупроводниковых приборов до 700 ⁰С.

- высокая коррозийная стойкость (до 1400 ⁰С);

- высокая химическая стойкость, при комнатной температуре не взаимодействует с кислотами, при нагревании растворяется в расплавах щелочей, а так же взаимодействует с ортофосфорной кислотой (Н₃РО₄);

Применение: варисторы (нелинейные резисторы), светодиоды, высокотемпературные диоды, транзисторы, для механической обработки материалов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Дата добавления: 2014-03-03; просмотров: 433; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!