Vezetők, félvezetők és szigetelők, fémek eltér a félvezetők és dielektrikumok
Diszkrét szintek egy atom szilárd megfelel egy diszkrét rendszer mindig megengedett sávok elválasztva tiltott zónák. Jellemzően, ha az elektronok alkossanak atom vagy molekula-csoport, kombinálásával őket egy szilárd vagy folyékony test zóna minden szinten tele vannak, úgy, hogy az ilyen anyagok fognak állni abszolút nulla szigetelők tulajdonságait. Ezek közé tartoznak a rács nemesgáz, molekuláris és ionrácsos vegyületek telített kötést. A rács a gyémánt, szilícium, germánium, egy-ón, AIIIBV típusú vegyületek, AIIBVI, CSi minden atom kapcsolódik az egyszeres kémiai kötéssel négy legközelebbi szomszédok, úgy, hogy kialakítjuk 6 komplett s 2p sávban elektronok körülötte, és a vegyérték sáv van töltve.
Anélkül, hogy a szerkezeti részleteket zónák hangsúlyozzák, hogy a félvezetőket és dielektrikumok eltér a fém, így a vegyérték sáv van a t „0 ° K mindig teljesen ki van töltve elektronok, és a legközelebbi szabad zóna (vezetési sávban) elkülönítjük a vegyérték sáv tilos Államok bandgap DE félvezetők - a tized elektronvolt 3 eV (szuszpendált), és a dielektrikumok - 3-5 eV (felfüggesztett). Ha között félvezetők és dielektrikumra csak mennyiségi különbség, a különbség közöttük fém minőségét. Át a jelenlegi, a fém, nem igényel semmilyen más hatást, azzal az eltéréssel, alkalmazása egy elektromos mező, mivel a vegyérték sáv nincs kitöltve a fém vagy átfedi a vezetési sávban (ábra. 20a).
Ábra. 20 diagramok megjelenése lyukakat a atomi rács elemi félvezető és a előfordulása egy elektronkibocsátó.
Ábra. 20. A energia sáv diagramja egy - a fém; b - a félvezető; in - a szigetelő; DE- bandgap
A vezetési gerjesztés a félvezető (ábra. 20, b) a szükségességét, hogy az elektronok a vegyérték sáv tele, hogy elegendő energiát leküzdeni a tiltott sávban Államokban. Csak akkor, ha az energiaelnyelő nem kisebb, mint a DE, az elektron fog dobni a tetején a vegyérték sáv széle a szabad zónában (a vezetési sávban). Ha az energia küszöbértéket meghalad, a nettó (ténylegesen) félvezető egy elektronikus vezetőképesség. Minél kisebb a szélessége A tiltott terület a DE, annál nagyobb a vezetőképessége egy adott hőmérsékleten. Mivel dielektrikumok DE nagyon nagy, a vezetőképesség nagyon alacsony (ábra. 20b).
Amikor közeledik abszolút nulla termikus gerjesztés nem elegendő, és a félvezetők szigetelők, és fémek - szupravezetők. Minél magasabb a hőmérséklet és minél intenzívebben a félvezető besugározzuk energiájú sugárzás HV legalább a DE, annál nagyobb a vezetőképesség a félvezető magát, mivel növeli az elektronok száma a dobott a vegyértéksáv a vezetési sávban.
Tisztítsa meg a félvezető csökkenő frekvencia a beeső fény abszorpciós együtthatója egy bizonyos érték v meredeken csökken, és az anyag átlátszóvá válik, hogy a sugarak alacsonyabb frekvenciákat. Ez az oldal a gyors felszívódás recesszió az úgynevezett belső abszorpciós él. A hullámhossz X, és a frekvencia v. megfelelő az intrinsic abszorpciós él, közelítőleg határozzák meg a feltételeket:
ahol a DE nevezik optikai bandgap.
Az energia a látható fény tartományban van 1,5-3,0 eV, azaz általában meghaladja az energia a vezetési gerjesztés (AE). Ha a félvezető van egy bizonyos mennyiségű szennyező anyag válik átlátszatlan széles frekvenciatartományban - az ultraibolya akár rádiófrekvencia.
Fémek, fény besugárzás gyakorlatilag nem változik a vezetőképesség, hiszen a több vezetési elektronok bennük nem változik. Akkor fogunk összpontosítani az oka a magas érzékenység a szerkezet a félvezető kristály hibák és zavarok a személyzet, mint ők is nagyon különbözik a fémeket.
Care elektron a vegyértéksáv a félvezető, hogy a vezetési sáv szabad teret hagy (furat) a vegyérték sáv egy pozitív töltést, amely számszerűen egyenlő a töltés az elektron. Így, egy lyuk úgynevezett felszabaduló elektron folt tört közötti kovalens kötés az atomok ténylegesen félvezető, amelynek egyetlen pozitív töltés.
Electronic, amely megjelent a fuga is hordozó mobilitást. Ezek az elektronok, mint a lyukak szabadon mozoghat a kristály (diffúz). Ha a kristály kerül egy elektromos mező egy eső feszültség jobbról balra, akkor a „szabad” elektron megszerzi irányított mozgása ellen mező (jobbra). Továbbá, a helyén egy lyuk képződik (+) válik elektron bármely szomszédos kommunikációs térben maradt lyuk. Így, egy új lyuk van kialakítva, a korábbi helyett. Következésképpen, egy lyuk mozog mező irányát (balra), amikor elektronok vegyértékelektronját versenyek, előforduló balról jobbra, ahogy az ábrán. 21 (nyilak). Charge transzfer elektronok az úgynevezett vegyérték sáv lyuk. Így a belső félvezetők egy kettős mechanizmusa vezetési: az elektron és a lyuk. A vezetőképesség a félvezető általában alábbi egyenlet fejezi ki:
ahol: FPI ir - Mobilitás elektronok és a lyukak, illetve; n és p - koncentráció.
Ábra. 21. A megszakítóképesség vegyértéke, és a megjelenése szabad elektron és a lyuk, mint a hordozó: A - egy lapos kép; b - az energia sáv diagram; A - szilícium vagy germánium atomokat; (:) - vegyérték elektronok kommunikációs szomszédos atomokhoz kapcsolódhat; (+) - egy lyuk; (-) - a szabad elektron; EU - az alsó szinten a vámszabad terület; U - a legfelső szinten a vegyérték sáv
A belső félvezető
ahol: k - Boltzmann állandó egyenlő 1,38 × 10-16 joule / ° vagy 0,863 × 10-4 eV / fok; A félvezetők kovalens kötések (például szilícium és germánium) arányos 1,5 T, és arányos a hordozó a mobilitás -1.5 T, így nincs nagy hibával lehet írni
Figyelembe véve, s0 - állandó a félvezető. Logaritmusát véve kapjuk, hogy:
Ez az egyenlet egy egyenes vonal s = F meredekség tg J =. Így:
ahol j - közötti szög az egyenes vonal és a pozitív tengely irányába 1 / T.
Mivel ez a szög mindig tompa, akkor tgj <0, а DЕ> 0. Itt, a DE nevezzük termikus bandgap, azaz. E. A számított hővezető szélütés.
Előfordulása pár elektron - lyuk miatt zavarok általában befejezett csatlakozás (NC) felírható egyenlet reverzibilis reakciót DE DK + ↔ + (ahol - elektronkibocsátó - lyuk). Egy adott hőmérsékleten a dinamikus egyensúly. A folyamat megy balról jobbra, a generációs elektronok és lyukak, és a fordított folyamatot nevezzük rekombináció az elektronok és lyukak. Amikor a hőmérséklet emelkedik összhangban Chatelier elv, ez az egyensúly eltolódik a jobb oldalon. Egy adott hőmérsékleten a tömeghatás törvénye egyensúlyi állandó felírható a következőképpen: R = PR / [EO] .Az a tény, hogy gyakorlatilag nagyon nagy érték [NS] állandó, meg kell
Általában tele csatlakozások majdnem annyira, mint a kötvények 1 cm3. Például, 1 cm3 germánium kötések (6,02 × 1023 × 5,32 / 72,59) × 2 = 9,0 × 1022 (itt 5,32 - germánium sűrűsége, g / cm3; 72,59 - atomsúly ). A frakciót számát reprezentáló germánium atomok 1 cm3 megszorozzuk 2, mert minden egyes atom négy kötés a szomszédos atomok de minden két atomot összekötő kötést.
A adalékolatlan félvezető n = p = pi (pi - a szó intrinsic - saját); Ezért az előző egyenlet felírható:
Ez azt jelenti,: a termék a félvezető vezetési elektron és lyuk koncentrációban állandó hőmérsékleten, állandó egyenlő a termék azok koncentrációja a belső félvezető ugyanazon a hőmérsékleten, és nem függ a jellegét és mennyiségét szennyeződések benne lévő. A germánium a 300o K pr 6,25 × 1026. Ennélfogva, a koncentráció a elektronok és lyukak ötvözetlen germánium n = p = pi = 2,5 × 113 cm szilícium-ni -3.Dlya körülbelül három nagyságrenddel kisebb.