http://www.sublata.com

Учебник Теория электрических цепей Примеры выполнения заданий и лабораторных

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №26

Исследование электропроводности полупроводниковых материалов

Цель работы:

Изучить особенности электропроводности полупроводниковых материалов (Ge, Si и т.п.), исследовать температурную зависимость удельной проводимости.

Определить термическую ширину запрещенной зоны полупроводниковых материалов или энергию активации примеси.

Определить температурный коэффициент проводимости.

1. Электропроводность полупроводников

Электропроводность твердых тел определяется направленным движением электронов под действием внешнего электрического поля. Движение электронов под действием внешней силы связано с изменением их энергии, что возможно при наличии свободных энергетических уровней валентной зоны.

В полупроводниках (далее п/п) из-за малой ширины запрещенной зоны (Eg < 3 эВ) возможен переход электрона из валентной зоны в зону проводимости под действием внешнего электрического поля, теплового, светового, ионизирующего излучения и т.п. При этом в валентной зоне возникает свободный энергетический уровень, а в зоне проводимости появляется свободный электрон (электрон проводимости). Не занятое электроном энергетическое состояние в валентной зоне называется дыркой проводимости. Этот процесс называют генерацией пары носителей зарядов. Генерация носителей зарядов приводит к тому, что электроны могут перемещаться в зоне проводимости, переходя на близлежащие свободные энергетические уровни, а дырки - в валентной зоне, что эквивалентно перемещению положительных зарядов, равных по абсолютной величине зарядам электронов. Перемещение дырки можно представить как заполнение свободных энергетических уровней в валентной зоне электронами близлежащих занятых энергетических уровней

Электропроводность, обусловленную генерацией пар носителей заряда электрон-дырка, называют собственной проводимостью. Процесс возвращение возбужденных электронов из зоны проводимости в валентную, в результате которого пара носителей заряда электрон-дырка исчезает, называют рекомбинацией. Оба процесса - генерация и рекомбинация пар носителей заряда - происходит одновременно, благодаря чему в п/п устанавливается динамическое равновесие, определяющее равновесную концентрацию электронов и дырок.

Чем выше температура, тем больше равновесная концентрация, поэтому с повышением температуры удельная проводимость п/п должна увеличиваться.

В запрещенной зоне п/п возможно расположение энергетических уровней, обусловленных нарушением периодичности кристаллической решетки и называемых локальными уровнями. Локальные уровни, обусловленные примесью, называются примесными. Эти уровни размещаются вблизи как зоны проводимости, так и валентной зоны. в первом случае вероятен переход электрона с занятого примесного уровня в зону проводимости. Такой тип дефекта кристаллической решетки, называют донором, а создающую его примесь - донорной. Во втором случае вероятен переход (захват) электрона из валентной зоны на незанятый примесный уровень и образование дырки проводимости. Дефект кристаллической решетки подобного типа называют акцептором, а соответствующую ему примесь - акцепторной.

Электропроводность п/п, обусловленная ионизацией атомов акцепторной или донорной примесью, называют примесной электропроводностью. В зависимости от типа примеси возможна электронная или дырочная электропроводность, обусловленная соответственно перемещением электронов и дырок.

Следует отметить, что примесная электропроводность зависит от температуры так же, как и собственная электропроводность.

В примесной п/п наряду с примесной электропроводностью существует собственная проводимость. В собственном п/п концентрации электронов и дырок равны. В примесном п/п преобладает концентрация электронов (для донорной примеси) или дырок (для акцепторной примеси). Подвижные носители зарядов с преобладающей концентрацией называются основными. Так, в п/п с донорной примесью основные носители заряда - электроны, поэтому его называют п/п n-типа (от англ. negative-отрицательный). Дырки в таком п/п являются неосновными носителями заряда. В п/п с акцепторной примесью основные носители зарядов - дырки, поэтому его называют п/п p-типа (от англ. positive-положительный). В этом случае электроны являются неосновными носителями заряда.

Концентрация основных носителей заряда определяет удельную электрическую проводимость п/п: чем выше концентрация, тем больше удельная электрическая проводимость.


На главную