A félvezetők elektromos vezetőképessége - stadopedia
Az anyagnak egy elektromos mezőhöz viszonyított fő tulajdonsága az elektromos vezetőképesség, vagyis az elektromos áram áramlási képessége egy állandó (időben változó) elektromos feszültség hatására. Ha a félvezető egy E. intenzitású elektromos mezőben van, akkor a benne lévő szabad töltéshordozók irányított mozgást kapnak ezen a területen. Az elektromos töltések ilyen rendezett mozgása elektromos áram.
A töltéshordozó-képződés mechanizmusának modelljét a belső és a szennyező félvezetőkben korábban tekintettük.
A belső félvezetőben a töltőhordozók szabad elektronok és lyukak, amelyek koncentrációja megegyezik. Ha egy külső villamos tér sűrűsége elektron távú eleme a jelenlegi átfolyó saját félvezetőkben, azaz. E. A számú villamos töltések viselt egységnyi idő révén az egységnyi területre merőleges leniyu-irányított elektromos mező, a meghatározás szerint
ahol q = 1,6-10 -19 az elektron töltés, КL; n a vezetõsáv elektronok koncentrációja, m -3; # 965; n - az elektromágusok elrendelt mozgásának átlagsebessége, amely elektromos mező (drift velocity) m / s hatása alatt jelent meg.
Általában a sebesség # 965; n arányos a mező erősségével:
ahol μn az arányossági együttható, az úgynevezett mobilitás, m 2 / (B # 8729; c).
Figyelembe véve (10.1), a (10.2) egyenlet a formában ábrázolható
ahol # 963; n = qn nμn a félvezető specifikus elektromos vezetőképessége az elektronok miatt, Sm / m; # 961; = 1 / # 963; - specifikus elektromos ellenállás, Ohm # 8729;
Hasonlóképpen, az áramsűrűség lyuk összetevője a belső félvezető számára
ahol p a valence sávban lévő lyukak koncentrációja, m -3; μp a lyukak mobilitása, m 2 / (B # 8729; c).
A félvezető fajlagos vezetőképessége, amelyet lyukak okoznak:
Teljes áramsűrűség a saját félvezetőjén keresztül:
A saját félvezető specifikus elektromos vezetőképessége:
A szennyező félvezető alatt szobahőmérsékleten-adalékszer szinte teljesen ionizált, és így, Provo-Gence fogja meghatározni mozgó szabad töltéshordozók, elektronok és lyukak a n - és p-típusú félvezető rendre kormányzati
ahol nn és pp az elektronok és lyukak fő töltéshordozóinak koncentrációja.
Mivel az ingyenes töltéshordozók koncentrációja és mobilitása a hőmérséklet függvénye, a vezetőképesség a hőmérséklet függvénye is.
Ebben az esetben a szabad töltéshordozók koncentrációját exponenciális függőség jellemzi, és a mobilitásra - a teljesítményjogot. Belső félvezető számára, amelyhez # 916; ≈kT. és figyelembe véve azt a tényt, hogy a power-law függőség gyengébb, mint az exponenciális, tudunk írni
itt # 916; E - a tiltott zóna szélessége; k a Boltzmann konstans; T az abszolút hőmérséklet; O hőmérséklet-független faktor; ki kell fejeznie # 963; amikor T = ∞, vagyis amikor minden valence elektron elhaladt a vezetéken. Kényelmes ábrázolni a függvény grafikont (10.10), amely a (10.10) kifejezést logaritmálja:
Az 1. ábrán. 10.3 ez a függőség félig logaritmikus skálán jelenik meg. A dőlésszög érintése # 963; megadja az értéket # 916; E / k. ott van az érték # 916; E a félvezető számára. ea
Egy szennyező félvezető esetében az általános alakú vezetőképességi képletnek a következő alakja lesz:
ahol Ea a szennyező ionizációs energia.
Az 1. ábrán. A 10.4. Ábra egy félvezető hőmérséklettől eltérő szennyeződési koncentrációját mutatja. A félvezető fajlagos vezetőképességének növekedése T növekedésével az alacsony hőmérsékletű régióban a szennyeződés ionizációjának köszönhetően a szabad töltéshordozók koncentrációjának növekedésével magyarázható (10.4. Ábra ab, de, kl).
A görbe szennyező részének meredeksége a szennyeződések koncentrációjától függ. A félvezetőben lévő szennyező atomok koncentrációjának növekedésével a görbe meredeksége az abszcissza tengely felé csökken, és magasabb. Ez azzal magyarázható, hogy a szennyezőanyag-vezetőképességi terület egyenes vonalát a szennyező ionizációs energia határozza meg. A szennyeződési koncentráció növekedésével az ionizációs energia csökken, és ennek megfelelően a vonalak lejtése csökken.
A hőmérséklet további emelkedésével a szennyeződés teljes ionizációjával kimerül. A belső elektromos vezetőképesség még nem észrevehető. Ilyen körülmények között a szabad hordozók koncentrációja gyakorlatilag független a hőmérséklettől, és a félvezető fajlagos vezetőképességének hőmérsékletfüggését a töltőhordozók mobilitásának függvényében határozzák meg a hőmérsékleten. A fajlagos vezetőképességnek a hőmérséklet további növelésével történő éles növekedése megegyezik a belső elektromos vezetőképesség tartományával.
Ábra. 10.3. Az elektromos vezetőképesség függvénye. 10.4. A függőség elektromos vezetőképesség
a félvezető félvezetőjének hőmérsékletétől eltérő
karmester. a szennyeződések koncentrációja.
A 2. ábrán látható görbék felhasználásával. 10.4, megtaláljuk a félvezető tiltott sáv szélességét és a szennyeződések ionizációs energiáját.
Valódi félvezetőkben ezeknek a görbéknek a lefolyása eltérhet attól a ténytől függően, hogy a gyakorlatban használt anyagokban nem csak egy, hanem többféle szennyeződés is létezik, amelyekben az ionizációs (aktivációs) energia különbözik.
Erős elektromos mezőben megszűnik az ohm törvény j = # 963; E linearitása. A legkisebb elektromos térerősség, amellyel az áram feszültség lineáris függősége nem teljesül, kritikusnak nevezik. Ez a határ nem éles és határozott, és függ a félvezető természetétől, a szennyeződések koncentrációjától és a környezeti hőmérséklettől.
Mivel a vezetőképességet az ingyenes töltéshordozók koncentrációja és mobilitása határozza meg, az Ohm törvényének linearitása megsértendő, ha e mennyiségek legalább egyike az elektromos térerősségtől függ.
Ha a változás az abszolút értéke a sebessége a szabad töltéshordozók, de rovására külső mező a középutat Souda-reniyami hasonló termikus sebessége, a mobilitás a töltéshordozók függ az elektromos mező, és ez mind a növekedés és csökkenés hőmérséklet függvényében ry környezetben.
Az erős elektromos tér hatása az ingyenes töltéshordozók koncentrációjának jelentős növekedéséhez vezet. Számos mechanizmus létezik a félvezetőben lévő szabad töltéshordozók koncentrációjának növelésére egy külső elektromos tér-elektrosztatikus, termionos és sokk-ionizáció hatására.
Egy félvezető külső E térerősségének hatására energia-sávjai bekapcsolódnak. Etoproiskhodit hozzáadása miatt az elektron energia a félvezető ha nincs szükség további külső mező által okozott energiát egy külső elektromos mező. Amint az 1. ábrából látható. 10,5 (vízszintes részeket 1 és 2) egy erős elektromos mező-ég van döntve zónák átmeneti elektron a vegyérték sáv-sósav szennyező szintek és a vezetési sáv energia változás nélkül - ágyazása révén elektronok révén átszivárgását a tiltott-területet.
Ez a mechanizmus a szabad vivőanyagok koncentrációjának növelésére egy erős elektromos mező hatására elektrosztatikus ionizációt jelent. 10 8 V / m nagyságrendű elektromos terekben lehetséges. Ha egy szabad elektront egy külső elektromos mező hatása alatt elegendő energiát nyer, hogy egy elektront a valenciasávtól a vezetési sávig átvigyeljen, hatásos ionizáció lehetséges. Az ionizáló elektron a vezetési sávban marad. Az 1. ábrán. A 10.6. Ábra mutatja a vezetőképesség függését az alkalmazott elektromos téren, ahol az 1. szakasz megfelel az Ohm-törvény linearitásának; 2 - termikus ionizáció; 3 - elektrosztatikus és sokk; 4 - lebontás.
Ábra. 10.5. A félautomata elektromos zónái 10.6. A vezetőképesség függvénye
waterman egy erős elektromos mezőben. félvezető a feszültségtől
külső elektromos mező.
A deformáció hatása a félvezetők vezetőképességére. A szilárd kristályos test vezetőképessége megváltozik a deformáció következtében, ami az interatomikus távolságok növekedésének vagy csökkenésének (stretching, compression), és a töltéshordozók koncentrációjának és mobilitásának megváltozásához vezet.
Koncentráció változások miatt változások a szélessége energia resou-idézésben félvezető zónák és ofszet szennyezőanyag-koncentráció, ami viszont a változás az aktiválási energia kopás-Leu töltés, és így csökkentheti vagy növelheti a con-központosítás.
A mobilitás változásai az atomok rezgésének amplitúdójának növekedésével vagy csökkenésével járnak, amikor megközelítik vagy elmozdulnak.
Olyan mennyiség, amely numerikusan jellemzi a félvezetők vezetőképességének változását egy bizonyos alakváltozás során, a törzs érzékenysége:
amely a viszonylagos relatív változás aránya a relatív törzsben egy adott irányba.