Презентации к лекционному курсу
Электронный учебно-методический комплекс
- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Примеси и примесные состояния в полупроводниках презентация
Содержание
- 1. Примеси и примесные состояния в полупроводниках
- 2. Для управления электрическими свойствами полупроводников в них
- 3. Элементы III, IV, V групп Периодической системы Д.И. Менделеева
- 4. Донорный полупроводник
- 5. Донорный полупроводник Энергия ионизации доноров (Ed), как
- 6. Уровень Ферми в донорном полупроводнике В невырожденном
- 7. Донорный полупроводник Введение донорной примеси приводит к
- 8. Уравнение электронейтральности Для собственного полупроводника:
- 9. ; В невырожденном донорном полупроводнике
- 10. Зависимость положения уровня Ферми от температуры в полупроводнике n-типа
- 11. Заполнение электронами зоны проводимости в невырожденном полупроводнике n-типа
- 12. Функция Ферми-Дирака для примесных полупроводников
- 13. Положение уровня Ферми и концентрация носителей заряда для донорного полупроводника
- 14. Концентрация носителей заряда в легированном полупроводнике
- 15. Зависимость концентрации электронов от температуры в полупроводнике n-типа
- 16. В области температур между Ti и Ts
- 17. Акцепторный полупроводник
- 18. Акцепторный полупроводник Энергия ионизации акцепторов Ea
- 19. Уровень Ферми в акцепторном полупроводнике (6.3) (6.4)
- 20. Зависимость положения уровня Ферми от температуры в акцепторном полупроводнике
- 22. Зависимость положения уровня Ферми от температуры для Ge n- и p-типов
- 23. Уравнение электронейтральности Для собственного полупроводника:
- 24. Проводимость полупроводников Электронная проводимость
- 25. Средняя тепловая скорость движения электронов будет определяться
- 26. Электроны взаимодействуют с дефектами кристаллической решетки, между
- 27. Смещение энергетических зон под действием электрического поля
- 29. Расчет скорости свободного электрона
- 30. Схема движения свободного электрона а –
- 31. Коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью и напряженностью
- 32. Поскольку величина тока равна заряду, проходящему через
- 33. Отсюда легко получить закон Ома в дифференциальной
- 34. Классификация веществ
- 35. Насыщение дрейфовой скорости в сильных электрических полях
- 36. Существует несколько механизмов рассеяния энергии свободных носителей
- 37. Подвижность носителей заряда
- 38. Рассеяние на ионах примеси
- 39. Подобно тому, как электромагнитное поле излучения можно
- 40. Рассеяние на колебаниях решетки
- 41. При одновременном действии нескольких механизмов рассеяния для
- 42. Зависимость подвижности электронов и дырок от концентрации легирующей примеси
- 43. Зависимость подвижности носителей заряда от обратной температуры при различных концентрациях примеси
- 44. Поскольку в собственном полупроводнике отсутствуют примеси, рассеяние
- 45. Типичные значения подвижности (300К) для некоторых полупроводников
- 47. Дырочная проводимость
- 48. Расчет электропроводности
- 49. Суммарная электропроводность материала определяется общим количеством электронов
- 50. Собственная проводимость Зависимость электропроводности собственного материала от температуры:
- 51. По экспериментальной зависимости электропроводности от температуры можно оценить ширину запрещенной зоны
Для управления электрическими свойствами полупроводников в них специально вводят примеси (легируют). Необходимо подчеркнуть, что при замещении атома кристалл остается электронейтральным!
Слайд 1Твердотельная электроника
Примеси и примесные состояния
в полупроводниках
МОСКВА
2016 НИУ «МЭИ»
Слайд 2Для управления электрическими свойствами полупроводников в них специально вводят примеси (легируют).
Необходимо подчеркнуть, что при замещении атома кристалл остается электронейтральным!
Слайд 5Донорный полупроводник
Энергия ионизации доноров (Ed), как правило, невелика и при комнатной
температуре донорная примесь отдает свои электроны, поэтому такие полупроводники и называют электронными или полупроводниками n-типа, а электроны – основными носителями заряда. Дырки в электронном полупроводнике являются неосновными носителями.
Слайд 6Уровень Ферми в донорном полупроводнике
В невырожденном донорном полупроводнике при температуре абсолютного
нуля уровень Ферми находится посередине между дном зоны проводимости и уровнем донорной примеси. При повышении температуры уровень Ферми стремится к середине запрещенной зоны
Слайд 7Донорный полупроводник
Введение донорной примеси приводит к увеличению концентрации электронов (при её
ионизации) и, соответственно, к смещению уровня Ферми к зоне проводимости (чем он ближе к ней, тем больше концентрация электронов).
Слайд 8Уравнение электронейтральности
Для собственного полупроводника:
Если в полупроводнике присутствуют как донорная, так
и акцепторная примесь
Слайд 9;
В невырожденном донорном полупроводнике при температуре абсолютного нуля уровень Ферми
находится посередине между дном зоны проводимости и уровнем донорной примеси. При повышении температуры уровень Ферми стремится к середине запрещенной зоны
Слайд 16В области температур между Ti и Ts (при температурах, близких к
комнатной) можно легко рассчитать концентрацию неосновных носителей заряда
Слайд 18Акцепторный полупроводник
Энергия ионизации акцепторов Ea
ионизованна, поэтому такие полупроводники и называют полупроводниками p-типа, а дырки – основными носителями заряда. Электроны в полупроводнике p-типа являются неосновными носителями. Введение акцепторной примеси приводит к смещению уровня Ферми к валентной зоне.
Слайд 23Уравнение электронейтральности
Для собственного полупроводника:
Если в полупроводнике присутствуют как донорная, так
и акцепторная примесь
Слайд 25Средняя тепловая скорость движения электронов будет определяться классическим соотношением:
~107
см/с – средняя тепловая скорость электронов, k – постоянная Больцмана
Слайд 26Электроны взаимодействуют с дефектами кристаллической решетки, между собой и ядрами, изменяя
(рассеивая) свою кинетическую энергию.
Усредненное значение участков пути, пройденное электроном между актами рассеяния, называются средней длиной свободного пробега. Время между двумя актами взаимодействия – временем свободного пробега:
При воздействии электрического поля Ē на полупроводник средняя скорость движения носителей заряда становится не равной нулю ( ) в направлении, определяемом направлением напряженности электрического поля, она называется дрейфовой скоростью. Движение носителей заряда под воздействием электрического поля называется дрейфом
Слайд 27Смещение энергетических зон под действием электрического поля
А) Без смещения
Б) Приложено внешнее напряжение
Слайд 30Схема движения свободного электрона
а – при отсутствии внешнего поля
б –
при наличии внешнего поля Е
Слайд 31Коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью и напряженностью электрического поля называют подвижностью
носителей заряда и обозначают μ [ ]
Предположим, что ток через образец создается электронами, концентрация которых n и средняя дрейфовая скорость
.
Слайд 32Поскольку величина тока равна заряду, проходящему через сечение образца в единицу
времени, плотность тока при слабом электрическом поле по закону Ома:
где σ – проводимость.
Слайд 33Отсюда легко получить закон Ома в дифференциальной форме:
Где
– электронная проводимость (Ом∙см)
Проводимость материала определяется двумя основными параметрами: подвижностью носителей заряда и их концентрацией.
Слайд 36Существует несколько механизмов рассеяния энергии свободных носителей заряда. Для полупроводников наиболее
важные два: рассеяние в результате взаимодействия с колебаниями решетки (решеточное рассеяние) и рассеяние в результате взаимодействия с ионизованной примесью.
Рассеяние – мгновенные события, внезапно меняющие скорость электронов. По теории Друде (1900 г.) рассеяние на самих электронах не является важным! Экспериментальные исследования температурной зависимости подвижности показывают, что при низких температурах преобладает рассеяние на ионах примеси, а при более высоких – рассеяние на тепловых колебаниях решетки.
Рассеяние – мгновенные события, внезапно меняющие скорость электронов. По теории Друде (1900 г.) рассеяние на самих электронах не является важным! Экспериментальные исследования температурной зависимости подвижности показывают, что при низких температурах преобладает рассеяние на ионах примеси, а при более высоких – рассеяние на тепловых колебаниях решетки.
Слайд 39Подобно тому, как электромагнитное поле излучения можно трактовать как набор световых
квантов – фотонов, поле упругих колебаний, заполняющих кристалл, можно считать совокупностью квантов нормальных колебаний решетки – фононов.
Фонон (термин введен И.Е. Таммом) – квант колебаний атомов кристаллической решетки.
Фонон (термин введен И.Е. Таммом) – квант колебаний атомов кристаллической решетки.
Слайд 41При одновременном действии нескольких механизмов рассеяния для расчета подвижности можно воспользоваться
понятием эффективной подвижности носителей.
Слайд 43Зависимость подвижности носителей заряда от обратной температуры при различных концентрациях примеси
Слайд 44Поскольку в собственном полупроводнике отсутствуют примеси, рассеяние электронов и дырок в
нем должно происходить только на тепловых колебаниях решетки, т.е. в собственных кристаллах значение подвижности носителей заряда должно быть максимальным
Слайд 47Дырочная проводимость
Чем больше подвижность, тем больше дрейфовая скорость носителей заряда
и тем выше быстродействие полупроводникового прибора
Слайд 49Суммарная электропроводность материала определяется общим количеством электронов и дырок:
Плотность тока
в кристалле будет равна
Слайд 50Собственная проводимость
Зависимость электропроводности собственного материала от температуры:
Слайд 51По экспериментальной зависимости электропроводности от температуры можно оценить ширину запрещенной зоны
