Метали НП Діелектрики

Напівпровідники являють собою найбільш численний класс речовин у природі. До них відносяться хімічні елементи – германійGe, кремнійSi, фосфор Р, вуглець С, миш’як As, бор В, галій Gа, сурмаSb та хімічні сполуки – арсенід галіюGaAs, фосфід індію InР, антимонід індію InSb.

Напівпровідники мають кристалічну структуру. Зв’язок атомів у кристалічних решітках ковалентний. Цей зв’язок характеризується великою міцністю і суть його полягає в тому, що кожен атом має із сусіднім два спільних валентних електрони: один “свій” і один сусіднього атома. В структурі напівпровідників між атомами існують фіксовані енергетичні рівні, якіможуть бути дозволеними і забороненими для заповнення електронами.

Дозволена зона, цілком заповнена електронами, називається валентною. Сусідня зона, вільна від електронів, називається зоною провідності. При відповідній температурі ця зона цілком чи частково зайнята електронами, які називаються електронами провідності, оскільки саме вони визначають електропровідність речовини.

При Т = 0 К всі електрони зв’язані з атомами і знаходяться у валентній зоні, у зоні провідності електронів немає, провідність дорівнює нулю.

При підвищенні температури або інших енергетичних впливах, електрони одержують додаткову енергію, розривають деякі зв’язки і перетворюються на вільні, що переміщаються усередині кристалічної решітки. При цьому на місці розірваного зв’язку у валентній зоні утвориться дірка (вакансія), що поводиться як одиничний позитивний заряд. Електрони n
і дірки р –є вільними (рухливими) носіями заряду. Процес утворення пари “вільний електрон – дірка” називається генерацією електронно-діркових пар. На енергетичній діаграмі цей процесс відображається переходом електрона з ВЗ у ЗП, внаслідок чого у ВЗ з’являється дірка, а в ЗП – електрон провідності. Кількість пар, що створюються таким чином, збільшується зі збільшенням температури і зменшенням ширини ЗЗ.

Дірка, що утворилася, здійснює хаотичний рух по кристалу доти, доки не зустрінеться з електроном і не відбудеться рекомбінація. Суть рекомбінації полягає у відновленні зруйнованого ковалентного зв’язку і зникненні пари “електрон – дірка”. На енергетичній діаграмі це відображається переходом електрона з ЗП у ВЗ.

Направлений (упорядкований) рух електронів і дірок у напівпровідниках викликає електричний струм. Розрізняють струм електронний і струм дірковий I_n та I_р:

Причинами направленого переміщення електронів і дірок, а отже і виникнення струмів, є дрейф і дифузія цих зарядів.

Дрейфовий струм обумовлений дрейфом носіїв заряду НЗ під дією електричного поля. При відсутності електричного поля, яке діє на напівпровідник, електрони і дірки здійснюють хаотичний тепловий рух і струму в ньому немає, оскільки немає поступального руху носіїв заряду. При наявності електричного поля електрони і дірки, крім хаотичного руху, набувають поступального руху: дірки рухаються за напрямком поля, а електрони – проти напрямку поля. Швидкість дрейфу носіїв заряду залежить від напруженості електричного поля, що викликає дрейф.

Дифузійний струм у напівпровідниках обумовлений дифузією електронів і дірок з області напівпровідника з підвищеною концентрацією в область зі зниженою концентрацією. Підвищення концентрації НЗ в окремих областях напівпровідника в найпростішому випадку здійснюється шляхом нагрівання або опромінення цих областей, внаслідок чого в них підвищується інтенсивність генерації електронно-діркових пар.

Робота більшості напівпровідникових і мікроелектронних приладів заснована на використанні властивостей електричних переходів, під якими розуміють перехідні шари між двома твердими тілами з різними типами провідності або з різними значеннями питомої провідності.

Приклади найважливіших переходів:

1) між напівпровідниками р - і n - типу з однаковою шириною ЗЗ (це р - n - перехід або електронно-дірковий перехід (ЕДП));

2) між напівпровідником і металом (це перехід Шотткі або перехід “метал-напівпровідник”);

3) між напівпровідником і металом через діелектрик;

4) між двома напівпровідниками з різними значеннями ширини ЗЗ(гетеропереходи)

Якщо електричний опір переходу залежить від величини і полярності прикладеної до нього напруги, то такий перехід є випрямним. Такі переходи служать універсальними “цеглинами” для формування різних електронних приладів: діодів, транзисторів, інтегральних мікросхем.

Якщо величина опору переходу не залежить від величини і полярності прикладеної до нього напруги, то такий перехід є невипрямним. Невипрямні переходи (або омічні контакти) широко використовуються для формування електричних виводів від напівпровідникових областей різних електронних приладів та інтегральних мікросхем.

Дата добавления: 2015-10-29