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
Сильно легированные и некристаллические полупроводники презентация
Содержание
- 1. Сильно легированные и некристаллические полупроводники
- 2. Сильно легированные полупроводники Сильнолегированный полупроводник –
- 3. Сильно легированные полупроводники При достаточно большой концентрации
- 4. Зависимость плотности примесных состояний от их энергии
- 5. При сильном легировании электрон взаимодействует одновременно с
- 6. Энергия носителей заряда в поле примесей при сильном легировании полупроводника
- 7. «Хвосты» плотности состояний и их флуктуационный характер
- 8. Электронные состояния в "хвостах" делятся на локализованные и делокализованные (токопроводящие).
- 9. При N>Nкp нарушается ионизационно-примесное равновесие, т.е. возникает отклонение от
- 10. Зависимость концентрации носителей п0 от концентрации примесей N
- 11. Отметим основные особенности сильно легированных полупроводников
- 12. Основные особенности сильно легированных полупроводников в СЛП
- 13. Основные особенности сильно легированных полупроводников в СЛП
- 14. Основные особенности сильно легированных полупроводников в СЛП
- 15. Основные особенности сильно легированных полупроводников Весьма важным
- 16. Основные особенности сильно легированных полупроводников Вследствие этого,
- 17. Квантово-механический туннельный эффект
- 18. Чтобы этот эффект имел место, электрическое поле
- 19. Напряжение туннельного пробоя сравнительно слабо зависит от
- 20. Энергетические диаграммы сильно легированных полупроводников
- 22. Некристаллические полупроводники Проблема неупорядоченных полупроводников относится к
- 23. Некристаллические полупроводники С другой стороны, очевидно, что
- 24. Некристаллические полупроводники Во многих случаях к перечисленным
- 25. Некристаллические полупроводники Физика и технология приборов, основанных
- 26. Аморфные и стеклообразные полупроводники аморфные и
- 27. Аморфные и стеклообразные полупроводники Потеря дальнего порядка
- 28. Некристаллические полупроводники
- 29. Некристаллические полупроводники При наличии дальнего порядка в
- 30. Некристаллические полупроводники Исходя из этого, можно дать
- 31. Зависимость потенциальной энергии носителей заряда от координаты
- 32. Некристаллические полупроводники В качестве критерия используется изменение
- 33. К неупорядоченным системам относятся: жидкие полупроводники; некристаллические
- 34. Выделяют три механизма проводимости, которые преобладают в
- 35. Некристаллические полупроводники Особенности аморфных и стеклообразных полупроводников
- 36. Некристаллические полупроводники Однако разупорядоченность структуры приводит к
- 37. Зависимость плотность разрешенных электронных состояний от энергии
- 38. Некристаллические полупроводники По аналогии с кристаллическими полупроводниками,
- 39. Структуры запрещенных зон некристаллических полупроводников
- 40. Некристаллические полупроводники Выделяют три механизма проводимости, которые
- 41. Некристаллические полупроводники прыжковый перенос носителей заряда, возбужденных в локализованнын состояния вблизи краев подвижности
- 42. Некристаллические полупроводники прыжковый перенос носителей по локализованным состояниям вблизи на расстоянии, увеличивающиеся при уменьшении Т:
- 43. Некристаллические полупроводники Подвижность носителей заряда мала (10-5-10-8 см2 В-1с-1)
- 44. Некристаллические полупроводники Аморфные и стеклообразные полупроводники по
- 45. Некристаллические полупроводники ХСП получают в основном либо
- 46. Некристаллические полупроводники Для многих халькогенидных стеклообразных полупроводников
- 47. Некристаллические полупроводники прыжковый перенос носителей заряда, возбужденных
- 48. ВАХ ХСП в условиях "эффекта переключения"
- 49. Некристаллические полупроводники Это объясняется как инжекцией электронов и дырок
- 50. Спасибо за внимание!
Сильно легированные полупроводники Сильнолегированный полупроводник – кристаллический полупроводник, в котором примесные атомы (ионы) хаотически распределены в решетке, а их концентрация N превышает некоторую критическую концентрацию Nкр.
Слайд 1Твердотельная электроника
Сильно легированные и некристаллические полупроводники
МОСКВА
2016 НИУ «МЭИ»
Слайд 2Сильно легированные полупроводники
Сильнолегированный полупроводник – кристаллический полупроводник, в котором примесные
атомы (ионы) хаотически распределены в решетке, а их концентрация N превышает некоторую критическую концентрацию Nкр.
Слайд 3Сильно легированные полупроводники
При достаточно большой концентрации примесей примесная зона продолжает расширяться,
и при некоторой критической концентрации Nкp она сливается как с зоной проводимости, так и с валентной зоной.
Плотность состояний оказывается отличной от 0 практически во всей запрещенной зоне полупроводника («хвосты» плотности состояний). При этом газ носителей заряда уже не подчиняется статистике Больцмана; он становится вырожденным и подчиняется статистике Ферми.
Плотность состояний оказывается отличной от 0 практически во всей запрещенной зоне полупроводника («хвосты» плотности состояний). При этом газ носителей заряда уже не подчиняется статистике Больцмана; он становится вырожденным и подчиняется статистике Ферми.
Слайд 5При сильном легировании электрон взаимодействует одновременно с несколькими примесными атомами, количество
и координаты которых из-за хаотического распределения различны в разных частях кристалла. В результате потенциальная энергия U примесных электронов приобретает случайный характер, приводящий к гофрировке зон
Слайд 7«Хвосты» плотности состояний и их флуктуационный характер проявляются в электропроводности (прыжковая
проводимость), в фотопроводимости (гигантское увеличение времени жизни носителей заряда), в электролюминесценции р - п-переходов и гетеропереходов и др.
Слайд 8Электронные состояния в "хвостах" делятся на локализованные и делокализованные (токопроводящие).
Слайд 9При N>Nкp нарушается ионизационно-примесное равновесие, т.е. возникает отклонение от равенства = N. Это обусловлено образованием
примесных кластеров (комплексов). Комплексообразование может приводить к изменению концентрации носителей и положения примесных уровней примеси в запрещенной зоне
Слайд 11Отметим основные особенности сильно легированных полупроводников
СЛП могут рассматриваться как плохо
проводящие металлы, и в тех, и в других веществах уровень Ферми находится в зоне проводимости (напомню, что полупроводник, уровень Ферми в котором расположен в зоне проводимости, в валентной зоне или в запрещенной зоне в пределах энергии, равной kT, от ее границ, называют вырожденным);
в СЛП, так же как и в металле, зона проводимости оказывается частично заполненной электронами даже при абсолютном нуле;
в СЛП, так же как и в металле, зона проводимости оказывается частично заполненной электронами даже при абсолютном нуле;
Слайд 12Основные особенности сильно легированных полупроводников
в СЛП примесные уровни в запрещенной зоне
сливаются друг с другом и образуют примесную зону, смыкающуюся с дном зоны проводимости в полупроводниках n-типа или с потолком валентной зоны в полупроводниках р-типа;
в СЛП наиболее вероятными центрами рассеяния являются ионы примеси;
в СЛП наиболее вероятными центрами рассеяния являются ионы примеси;
Слайд 13Основные особенности сильно легированных полупроводников
в СЛП р-типа уровень Ферми расположен вблизи
валентной зоны, поэтому концентрация дырок в валентной зоне велика и почти все ловушки пустые. В этом случае время жизни электронно-дырочной пары определяется захватом электронов (концентрация которых мала) на уровень ловушки: как только электрон будет захвачен ловушкой, она мгновенно заполнится одной из дырок, число которых велико; как и в материале n- типа, время жизни электронно-дырочных пар контролируется временем захвата неосновных носителей;
Слайд 14Основные особенности сильно легированных полупроводников
в СЛП п- или р-типа и –
постоянные, не зависящие от концентраций носителей тока;
в СЛП, также как и в слаболегированных при низких температурах, преобладающим механизмом рассеяния является рассеяние на примесях и дефектах, однако в СЛП возникает дополнительное поглощение, обусловленное свободными носителями
в СЛП, также как и в слаболегированных при низких температурах, преобладающим механизмом рассеяния является рассеяние на примесях и дефектах, однако в СЛП возникает дополнительное поглощение, обусловленное свободными носителями
Слайд 15Основные особенности сильно легированных полупроводников
Весьма важным свойством СЛП вообще и, в
частности, германия является независимость постоянной Холла от температуры в широком температурном интервале
Слайд 16Основные особенности сильно легированных полупроводников
Вследствие этого, а также из-за особенностей энергетических
зон сильно легированного полупроводника при обратных и небольших (около 100 мВ) прямых напряжениях появляется так называемый туннельный ток, объясняемый квантово-механическим туннельным эффектом. При этом эффекте частица (электрон) способна преодолеть потенциальный барьер, создаваемый встречным электрическим полем области пространственного заряда и превышающий ее кинетическую энергию. В обычных (слабо легированных) рп-переходах условия возникновения туннельного эффекта не выполняются, поэтому туннельный ток в них отсутствует
Слайд 18Чтобы этот эффект имел место, электрическое поле должно быть настолько сильным,
чтобы обеспечить такой наклон зон, при котором заполненные электронами уровни валентной зоны оказались напротив незаполненных энергетических уровней разрешенной зоны, а ширина потенциального барьера сравнима с длиной волны де-Бройля электрона.
Слайд 19Напряжение туннельного пробоя сравнительно слабо зависит от температуры. Однако с ростом
температуры ширина запрещенной зоны германия и кремния уменьшается, вероятность туннелирования возрастает, и величина критической напряженности поля уменьшается. Поэтому напряжение туннельного пробоя уменьшается.
Поскольку напряжение, при котором возникает лавинный и туннельный пробой достаточно стабильно, этот эффект используется для создания приборов, падение напряжения на которых остается стабильным при изменении тока – стабилитронов.
Поскольку напряжение, при котором возникает лавинный и туннельный пробой достаточно стабильно, этот эффект используется для создания приборов, падение напряжения на которых остается стабильным при изменении тока – стабилитронов.
Слайд 22Некристаллические полупроводники
Проблема неупорядоченных полупроводников относится к одной из наиболее интересных и
наименее изученных областей физики конденсированных сред. Наибольших успехов теория конденсированных сред добилась в приложении к крайне идеализированному объекту – монокристаллическому состоянию вещества.
Слайд 23Некристаллические полупроводники
С другой стороны, очевидно, что монокристаллы встречаются несравненно реже, чем
неупорядоченные системы – микро- и нанокристаллы, неупорядоченные сплавы, аморфные и стеклообразные материалы.
Слайд 24Некристаллические полупроводники
Во многих случаях к перечисленным материалам оказываются неприменимы основные положения
физики монокристаллов, поскольку последние основаны на существовании периодической кристаллической решетки или, иначе говоря, на существовании трансляционной симметрии
Слайд 25Некристаллические полупроводники
Физика и технология приборов, основанных на некристаллических полупроводниках, в настоящее
время активно развиваются. К таким приборам, прежде всего, относятся:
фотоэлектрические преобразователи энергии (солнечные батареи) на основе гидрогенезированного аморфного и микрокристаллического кремния и его сплавов;
матрицы тонкопленочных транзисторов для управления жидкокристаллическими дисплеями и телевизионными экранами;
устройства для записи и обработки оптической и голографической информации:
фотоэлектрические преобразователи энергии (солнечные батареи) на основе гидрогенезированного аморфного и микрокристаллического кремния и его сплавов;
матрицы тонкопленочных транзисторов для управления жидкокристаллическими дисплеями и телевизионными экранами;
устройства для записи и обработки оптической и голографической информации:
Слайд 26Аморфные и стеклообразные полупроводники
аморфные и стеклообразные вещества, обладающие свойствами полупроводников.
Они характеризуются наличием ближнего и отсутствием дальнего порядка
Слайд 27Аморфные и стеклообразные полупроводники
Потеря дальнего порядка приводит к исчезновению на дифракционных
картинах резких рефлексов, свойственных кристаллам. Таким образом, имеется и экспериментальный метод разграничения кристаллических и некристаллических тел.
Слайд 29Некристаллические полупроводники
При наличии дальнего порядка в расположении атомов потенциальная энергия носителей
заряда, двигающихся в суммарном поле атомов, является периодической функцией координат. Нарушение дальнего порядка приводит к нарушению этой периодичности
Слайд 30Некристаллические полупроводники
Исходя из этого, можно дать следующее определение: неупорядоченными называются материалы,
в которых потенциальная энергия носителей заряда является непериодической функцией координат.
Слайд 31Зависимость потенциальной энергии носителей заряда от координаты в случае кристалла (а)
и неупорядоченного материала (б)
Слайд 32Некристаллические полупроводники
В качестве критерия используется изменение средней энергии носителей заряда ΔЕ,
связанное с нарушением дальнего порядка. Поскольку в невырожденных полупроводниках средняя энергия электронов равняется kT
(k – постоянная Больцмана), то в случае ΔЕ<
(k – постоянная Больцмана), то в случае ΔЕ<
Слайд 33К неупорядоченным системам относятся:
жидкие полупроводники;
некристаллические полупроводники;
сильно легированные кристаллические полупроводники;
поверхность кристаллических полупроводников;
неупорядоченные
кристаллические полупроводниковые сплавы
Слайд 34Выделяют три механизма проводимости, которые преобладают в различных температурных интервалах:
перенос
носителей заряда, возбужденных за край подвижности, по делокализованным состояниям;
прыжковый перенос носителей заряда, возбужденных в локализованные состояния вблизи краев подвижности;
прыжковый перенос носителей по локализованным состояниям
прыжковый перенос носителей заряда, возбужденных в локализованные состояния вблизи краев подвижности;
прыжковый перенос носителей по локализованным состояниям
Слайд 35Некристаллические полупроводники
Особенности аморфных и стеклообразных полупроводников связаны с особенностями энергетического спектра
электронов. Наличие энергетических областей с высокой и низкой плотностями электронных состояний – следствие ближнего порядка. Поэтому можно условно говорить о зонной структуре некристаллических веществ.
Слайд 36Некристаллические полупроводники
Однако разупорядоченность структуры приводит к появлению дополнительных разрешенных электронных состояний,
плотность которых N(E) спадает в глубь запрещенной зоны, образуя "хвосты" плотности состояний.
Слайд 38Некристаллические полупроводники
По аналогии с кристаллическими полупроводниками, расстояние между краями подвижности называется
запрещенной зоной (или щелью) по подвижности. Электронные состояния в "хвостах" делятся на локализованные и делокализованные (токопроводящие).
Максимумы N(E), обусловленные дефектами структуры, могут возникать внутри щели и перекрываться друг с другом, как и сами "хвосты"
Максимумы N(E), обусловленные дефектами структуры, могут возникать внутри щели и перекрываться друг с другом, как и сами "хвосты"
Слайд 40Некристаллические полупроводники
Выделяют три механизма проводимости, которые преобладают в различных температурных интервалах:
перенос носителей заряда, возбужденных за край подвижности, по делокализованным состояниям. При этом статическая проводимость в широком температурном интервале определяется выражением
Слайд 41Некристаллические полупроводники
прыжковый перенос носителей заряда, возбужденных в локализованнын состояния вблизи краев
подвижности
Слайд 42Некристаллические полупроводники
прыжковый перенос носителей по локализованным состояниям вблизи на расстоянии, увеличивающиеся
при уменьшении Т:
Слайд 43Некристаллические полупроводники
Подвижность носителей заряда мала (10-5-10-8 см2 В-1с-1) и зависит от напряженности электрического
поля и толщины образца, что связывают либо с многократным захватом носителей на локализованные состояния, распределенные по определенному закону, либо с прыжковым переносом
Слайд 44Некристаллические полупроводники
Аморфные и стеклообразные полупроводники по составу и структуре подразделяются на
халькогенидные, оксидные, органические, тетраэдрические. Наиболее подробно изучены халькогенидные стеклообразные (ХСП) и элементарные тетраэдрические (ЭТАП).
Слайд 45Некристаллические полупроводники
ХСП получают в основном либо охлаждением расплава, либо испарением в
вакууме. К ним относятся Se и Те, а также двух- и многокомпонентные стеклообразные сплавы халькогенидов (сульфидов, селенидов в теллуридов) разл. металлов (напр., As-S - Se, As- -Ge-Se-Те, As-Sb-S-Se, Ge-S-Se, Ge-Pb-S). ЭТАП (аморфные Ge и Si) получают чаще всего ионным распылением в разл. водородсодержащих атмосферах или диссоциацией содержащих их газов (в частности, SiH4 или GeH4) в высокочастотном разряде.
Слайд 46Некристаллические полупроводники
Для многих халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) характерен эффект переключения –
быстрый (~10-10 с) обратимый переход из высокоомного состояния (1) в низкоомное (2) под действием сильного электрического поля 105 В см-1.
Слайд 47Некристаллические полупроводники
прыжковый перенос носителей заряда, возбужденных в локализованные состояния вблизи краев
подвижности. В этом случае
Слайд 49Некристаллические полупроводники
Это объясняется как инжекцией электронов и дырок из контакта и делокализацией захваченных
носителей заряда, так и ростом температуры в шнуре тока. В ряде ХСП низкоомное состояние образца сохраняется длительно, а для возврата в высокоомное состояние необходимо пропустить через образец кратковременный импульс тока. Этот эффект памяти обусловлен частичной кристаллизацией ХСП в области токового шнура.
