1 / 59

лекция

Модуль 4 Физика кристаллов. лекция. ФИЗИКА КРИСТАЛЛОВ. КРИСТАЛЛЫ. АМОРФНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ. СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ. ДЕФЕКТЫ В СТРУКТУРАХ. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОНОВ В КРИСТАЛЛАХ. p-n ПЕРЕХОД. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ФОНОНЫ. ПОЛУПРОВОДНИКИ. 1.

Download Presentation

лекция

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ФИЗИКА КРИСТАЛЛОВ КРИСТАЛЛЫ АМОРФНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ ДЕФЕКТЫ В СТРУКТУРАХ ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОНОВ В КРИСТАЛЛАХ p-n ПЕРЕХОД ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ФОНОНЫ ПОЛУПРОВОДНИКИ 1

  2. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ Кристаллические тела Аморфные тела Ближний порядок – определенная закономерность взаимного расположения ближайших соседних атомов Дальний порядок – упорядоченная в пространстве периодическая закономерность взаимного расположения атомов Изотропность различных свойств - независимость свойств от направления в кристалле Анизотропия различных свойств- свойства зависят от направления в кристалле 2

  3. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ Упорядоченное расположение молекул и атомов в твердом теле приводит к образованию некоторой правильной структуры – кристаллической решетки В основе кристаллической решетки лежит элементарная ячейка Основным свойством кристалла является наличие трансляционной симметрии Элементарная ячейка построенная из нескольких атомов называется базисом Элементарная ячейка построенная из одного атома называется простой при построении решеток с базисом они могут быть образованы как совокупность нескольких решеток Браве вдвинутых друг у в друга Решетки построенные из простых ячеек называются решетками Браве 3

  4. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ В зависимости от симметрии различают 14 типов решеток Браве , объединенных в 7 типов симметрии (сингоний) 4

  5. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ Положение атомных плоскостей определяется индексами Миллера(hkl) Положение атомных плоскостей определяется индексами Миллера(hkl) Положение узла решетки записывается через координаты узла в единицах постоянной решетки индексами [[mnp]] Положение узла решетки записывается через координаты узла в единицах постоянной решетки индексами [[mnp]] Отношение косинусов углов между данными направлениями и кристаллографическими осями определит индексы кристаллографических направлений[uvs] Отношение косинусов углов между данными направлениями и кристаллографическими осями определит индексы кристаллографических направлений[uvs] 5

  6. Модуль 4 Физика кристаллов лекция Имеют малую размерность – порядка нескольких атомных диаметров СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ Дефекты кристаллических структур нульмерные (точечные) одномерные (линейные) трехмерные (объемные) двухмерные (поверхностные) • атом в междуузлиях - а • вакансии- б • атом внедрения - г • атом замещения - д • Дислокации • Краевая – появление • лишней атомной плоскости • Винтовая – закручивание • атомных плоскостей 7

  7. Модуль 14 Физика кристаллов лекция ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ ИОННАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ КОВАЛЕНТНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ В КРИСТАЛЛАХ Скорость продольной звуковой волны в твердом теле циклическая частота аргумент волны может принимать только дискретные значения 7

  8. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СВОЙСТВА ЗВУКОВЫХ ВОЛН В КРИСТАЛЛАХ 2. Циклическая частота и волновое число связаны в кристалле дисперсионным соотношением 1. Хаотическое тепловое движение атома в узле решетки можно представить в виде набора гармонических функций с соответствующими волновыми числами и амплитудами В кристалле наблюдается периодичность соответствующая зонам Бриллюена (в общем случае трехмерная) 8

  9. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СВОЙСТВА ЗВУКОВЫХ ВОЛН В КРИСТАЛЛАХ 4. Фазовая скорость не является постоянной величиной При малых волновых числах фазовая скорость максимальна и волны распространяются без дисперсии 5. Групповая скорость на границе зоны Бриллюена обращается в ноль, т.е звуковые волны с волновым числом соответствующим первой зоне не распространяются в таком кристалле При малых волновых числах фазовая и групповая скорости становятся равными и это скорость называется скорость звука 9

  10. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ФОНОНЫ Фонон – квазичастица которой ставиться в соответствие монохроматическая звуковая волна в кристалле Поток m квантов - фононов энергия фонона Фононы обладают целым спином и подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна волновая функция фонона импульс фонона всегда определяется с точности до величины, соответствующей размерам зоны Бриллюена 10

  11. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ТЕПЛОЕМКОСТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК 1. Тепловые колебания кристаллической решетки можно представить как фононный газ в объеме кристалла 2. Полная энергия фононов в кристалле зависит от температуры кристалла и наибольшей возможной частоты звуковой волны в кристалле 3. При достаточно низких температурах квантованием энергии в кристалле пренебрегать нельзя - граница - температура Дебая В 5. Закон Дебая – Теплоемкость кристалла при низких температурах T<В определяется суммой полной энергии фононов и суммарной нулевой энергий гармонических осцилляторов Квантовая теория теплопроводности 4. Закон Дюлонга-Пти – Теплоемкость кристалла при высоких температурах T>В определяется в соответствии с законом о равнораспределении энергии по степеням свободы Классическая теория теплопроводности 11

  12. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ Жидкие кристаллы Смектическая жидкокристаллическая структура нематическая жидкокристаллическая структура холестерическая жидкокристаллическая структура 12

  13. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛАХ Одноэлектронное приближение при котором вместо взаимодействия данного электрона с остальными электронами по отдельности рассматривается его движение в некотором результирующем (самосогласованном) поле усредненного пространственного заряда остальных электронов Потенциальная энергия самосогласованного поля электронов Потенциальная энергия поля решетки Поправка, учитывающая влияние соседних узлов решетки Потенциальная энергия в изолированном атоме В приближении сильной связи предполагается, что во всем объеме кристалла существует сильно изменяющееся потенциальное поле Учет влияния соседних узлов приводит к расщеплению уровней и превращению их в зоны 13

  14. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛАХ Разрешенной зоной называется интервал значений энергии, которой может обладать электрон в кристалле Запрещенные зоны это энергетические промежутки, отделяющие разрешенные зоны друг от друга Свойство 3. Низко расположенные уровни образуют узкие зоны, а высоко расположенные – широкие. Свойство 1. Число квантовых состояний в разрешенной зоне равно кратности вырождения атомного уровня энергии, из которого возникла зона, умноженное на полное число атомов в кристалле Свойство 2. Электроны являются фермионами и подчиняются принципу Паули, поэтому число электронов в разрешенной зоне не может превзойти числа имеющихся в нем состояний, называемых вакансиями. Свойство 4. носителями заряда, создающими ток в кристалле могут быть только электроны из обобществленной, частично заполненной зоны. (проводимости) 14

  15. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛАХ Зонная структура некоторых кристаллических проводников и изоляторов Пример 1. Кристаллы одновалентных химических элементов лития, натрия, калия, меди (проводники) 1s22s1 Пример 2. Кристаллы двухвалентных химических элементов бериллия, магния (проводники) 1s22s2 Пример 3. Кристалл поваренной соли (изолятор) Натрий 1s22s12p63s1 Хлор 1s22s22p63s23p5 15

  16. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛАХ Для упрощения анализа применяют адиабатное приближение – атомы в узлах кристаллической решетки считаются неподвижными При сближении атомов оболочки начинают перекрываться Свободные электроны Крайний атом Электроны внутренних оболочек 1s, 2s, 2p Валентные электроны 3s 16

  17. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЗАПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРОНАМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА вещества с неполным заполнением верхних разрешенных зон – а и б (металлы) вещества с полным заполнением валентной зоны - в Запрещенная зона относительно узкая - собственные полупроводники(0.5 -1.2 эВ) • Запрещенная зона относительно широкая • диэлектрики (4-5 эВ) 17

  18. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛАХ 1. Решение уравнения Шредингера с учетом периодичности потенциального поля в кристалле имеет вид волн – волны Блоха. 2. В кристалле многие физические величины являются периодическими функциями Например квазиимпульс 3. Закон дисперсии частицы – зависимость ее энергии от импульса 18

  19. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛАХ Эффективная масса, которая не является массой в общепринятом понимании и позволяет учесть влияние взаимодействия электрона в кристаллической решеткой на характер движения электрона Представим скорость электронов в кристалле, как групповую скорость распространения волн де-Бройля Энергия электрона, выраженная через частоту, соответствующую волне де-Бройля Волновой вектор На электрон во внешнем поле действует сила Работа по перемещению электрона приводит к изменению энергии электрона Сила, действующая на электрон 19

  20. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ Удельная проводимость Удельная проводимость 20

  21. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ТЕПЛОЕМКОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО ГАЗА Полностью вырожденный электронный газ Распределение Ферми Условие вырождения электронного газа 21

  22. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ТЕПЛОЕМКОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО ГАЗА Суммарная тепловая энергия электрона 1. При больших температурах (больше температуры Дебая) выполняется закон Дюлонга-Пти  - доля электронов, участвующих в тепловом движении 2. При малых температурах 22

  23. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЗАПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРОНАМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ Примесные полупроводники отличаются наличием в узлах решетки атомов посторонних примесей или других дефектов Примесные уровни, передающие электроны в зону проводимости называют донорными уровнями, а полупроводник - донором Примесные уровни, на которые могут переходить электроны валентной зоны, называют акцепторными уровнями, а полупроводник - акцептором 23

  24. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СТАТИСТИКА ЭЛЕКТРОНОВ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ Энергия электрона, отсчитанная от границы зоны Если число частиц Nв системе много меньше числа возможных состоянийG, то проблем с возможным заселением одного уровня несколькими частицами не существует – это невырожденное состояние. Условие невырожденности состояния системы N/G<<1 Если число частиц Nв системе сравнимо с числом возможных состоянийG, то необходимы правила заселением каждого уровня несколькими частицам – это вырожденное состояние. Условие вырожденности состояния системы N/G~1 Вероятность заполнения энергетических уровней носителями заряда Функция плотности энергетических состояний Концентрацию электронов в некотором диапазоне энергий можно определить с помощью распределения электронов по энергиям 24

  25. Модуль 4 Физика кристаллов лекция СТАТИСТИКА ЭЛЕКТРОНОВ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ Для описания состояний сильно вырожденного электронного газа, например, электроны проводимости в металлах, применяют статистику Ферми-Дирака Концентрация электронов в зоне проводимости Число вновь занятых состояний заметно отличается от нуля лишь при выполнении условия, т.е. тепловому возбуждению подвергается только незначительная часть электронов Уровень Ферми , вероятность заполнения которого при температуре T>0, равна 1/2 25

  26. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СОБСТВЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ К полупроводникам относятся ( собственные - i (intrinsic)) • Элементы IV группы • таблицы Менделеева • Ge, Si 2. Химические соединения элементов II и IVI групп таблицы Менделеева AIIBVI CdS, BdS, CdFe 3. Химические соединения элементов III и V групп таблицы Менделеева AIIIBV GaAs, InSb Процесс возникновения носителей заряда - генерация Обратный процесс исчезновения носителей заряда - рекомбинация 15

  27. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СОБСТВЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ При постоянной температуре скорости генерации G и рекомбинации R равны – система находится в состоянии динамического равновесия, а соответствующее состояние называется равновесным. Условие G=R носит название закон равновесия масс. В равновесно состоянии собственного полупроводника можно считать, чтоni = pi Концентрация электронов в зоне проводимости собственного полупроводника Эффективная плотность состояний в зоне проводимости и в валентной зоне соответственно 16

  28. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СОБСТВЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ В состоянии равновесия концентрации электронов и дырок одинаковы при T=0 уровень Ферми находится по середине между зоной проводимости и валентной зоной с ростом температуры уровень Ферми смещается к зоне проводимости, поскольку, как правило, эффективная масса дырок больше эффективной массы электронов 17

  29. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СОБСТВЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ 1. Электроны и дырки как квазисвободные частицы характеризуются квазиимпульсом 2. Вследствие анизотропии кристаллов энергия и квазиимпульс зависят от направления в кристалле 3. Эффективная масса зависит от вида функции E(p), поэтому в одном и том же кристалле возможны существование дырок и электронов с различными эффективными энергиями 18

  30. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ носители заряда, которые находятся в меньшем количестве, называются неосновными для данного полупроводника. Подвижные носители заряда, преобладающие в полупроводнике, называют основными. Полупроводники, в которых концентрация свободных электронов в зоне проводимости превышает концентрацию дырок в валентной зоне, называются полупроводниками, с электронной электропроводностью или полупроводниками n-типа. энергия активации Примесный уровень В полупроводнике n-типа основными носителями заряда являются электроны, а неосновными - дырки. Пятый валентный электрон слабо связан со своим атомом Уровень Ферми собственного полупроводника 19

  31. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ Полупроводники, в которых концентрация дырок в валентной зоне превышает концентрацию электронов в зоне проводимости, называются полупроводниками, с дырочной электропроводностью или полупроводниками p-типа. Разрыв связи приводит к появлению свободного уровня в валентной зоне (дырки), энергия активации дырки в полупроводникахp-типа являются основными, а электроны - неосновными Примесный уровень 20

  32. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ концентрации свободных электронов и дырок в состоянии теплового равновесия в полупроводнике n-типа : Уровень Ферми полупроводника n-типа концентрации свободных электронов и дырок в состоянии теплового равновесия в полупроводнике p-типа : Уровень Ферми полупроводника n-типа для полупроводника n-типа выполняется неравенство введение в полупроводник примесей приводит к увеличению концентрации одних носителей заряда и пропорциональному уменьшению концентрации других носителей заряда за счет роста вероятности их рекомбинации. для полупроводника р-типа выполняется неравенство 21

  33. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ Повышение температуры приводит к термическому возбуждению для полупроводника n-типа - переходу электронов в зону проводимости, для полупроводника p-типа – к переходу электронов на примесные уровни и формированию в валентной зоне дополнительных вакансий донорный полупроводник собственный полупроводник Плотность возможных состояний в зоне проводимости Концентрация атомов примеси (донора) Энергия активации для полупроводника n-типа для полупроводника p-типа 22

  34. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Работа выхода Работа по преодолению потенциального барьера двойного слоя Работа по преодолению поля индуцированных зарядов Разность потенциалов в двойном слое, которая зависит от внешнего поля Вылетевший электрон индуцирует на поверхности положительный заряд 30

  35. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Работа выхода полупроводники металлы термодинамическая работа выхода полная работа выхода внешняя работа выхода (электронное сродство) термодинамическая работа выхода 31

  36. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ Контакт двух металлов Работа выхода и концентрация электронов для второго металла Работа выхода и концентрация электронов для первого металла Потенциал первого металла в состоянии равновесия Потенциал второго металла в состоянии равновесия 32

  37. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ Контакт двух металлов Внешняя контактная разность потенциалов Внутренняя контактная разность потенциалов Второй закон Вольты Разность потенциалов между концами разомкнутой электрической цепи, состоящей из нескольких проводников первого рода при постоянной температуре всех звеньев определяется только химической природой крайних проводников Первый закон Вольты Контактная разность потенциалов зависит только от химического состава и температуры соприкасающихся тел 33

  38. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ Контакт двух металлов Внешняя контактная разность потенциалов В равновесном состоянии уровни Ферми выравниваются внутренняя контактная разность потенциалов 34

  39. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ Контакт металл- полупроводник В равновесном состоянии уровни Ферми выравниваются Запирающий слой (барьер Шоттки) При подключении к внешнему источнику с разностью потенциалов V уровни Ферми смещаются соответственно При обратном включении толщина запирающего слоя увеличивается При прямом включении толщина запирающего слоя уменьшается Контакт металл-полупроводник обладает свойством выпрямлять переменный ток 35

  40. Модуль 4 Физика кристаллов лекция КОНТАКТ МЕЖДУ ПОЛУПРОВОДНИКАМИ ОДНОГО ТИПА Омическими называют контакты, сопротивление которых не зависит от величины и направления тока. 36

  41. Модуль 4 Физика кристаллов лекция Если знаки поверхностного заряда и основных носителей противоположны, происходит обогащение приповерхностной области основными носителями зарядов. Такую область называют обогащенным слоем ЯВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКА Повышение плотности пространственного заряда может привести к пересечению уровня Ферми с уровнем середины запрещенной зоны, что соответствует изменению типа электропроводности у поверхности полупроводника. Это явление называют инверсией типа электропроводности Образование обогащенного слоя на поверхности полупроводника n-типа Изменение типа электропроводимости на поверхности полупроводника n-типа Образование обедненного слоя на поверхности полупроводника n-типа Электропроводность приповерхностного слоя полупроводника может изменяться под действием электрического поля, возникающего за счет напряжения, прикладываемого к металлу и полупроводнику, разделенным диэлектриком. Если знаки поверхностного заряда и основных носителей одинаковы, происходит обеднение приповерхностной области. Такую область называют обедненным слоем 37

  42. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД Выведение носителей заряда из области полупроводника, где они являются неосновными, через электронно-дырочный переход ускоряющим электрическим полем называют экстракцией носителей заряда. Если переход создается между полупроводниками n-типа и p-типа, то его называют электронно-дырочным или p-n переходом. Такой p-n переход называют резким. Электроны p-области и дырки n-области, совершая тепловое движение, попадают в пределы диффузионного электрического поля, увлекаются им и перебрасываются в противоположные области, образуя ток дрейфа, или ток проводимости. 38

  43. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД полупроводник характеризуется собственной электропроводностью и обладает по сравнению с остальным объемом, повышенным сопротивлением. В связи с этим его называют запирающим слоем или областью объемного заряда. Другим важным параметром p-n перехода является его ширина 39

  44. Раздел V Твердотельная электроника лекция ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД Прямое включение на границах p-n перехода под действием прямого напряжения Uпр происходит увеличение концентраций неосновных носителей. Повышение концентраций неосновных носителей в p- и n-областях вследствие влияния внешнего напряжения, приложенного к электронно-дырочному переходу, получило название инжекции неосновных носителей Через переход будет проходить результирующий ток, определяемый диффузионной составляющей на границе запирающего слоя (x = 0) за счет инжекции концентрация носителей повышается 40

  45. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД обратное включение Через переход будет проходить результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей. 41

  46. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД Вольтамперная характеристика Величину называют плотностью тока насыщения 42

  47. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД Реальная вольтамперная характеристика Туннельный пробой обусловлен прямым переходом электронов из валентной зоны одного полупроводника в зону проводимости другого Лавинный пробой возникает когда длина свободного пробега электрона в полупроводнике значительно меньше толщины p-n перехода, и за время свободного пробега электроны приобретают кинетическую энергию, достаточную для ионизации атомов в p-n переходе, наступает ударная ионизация, сопровождающаяся лавинным размножением носителей зарядов. сопротивление запирающего слоя rд Отличия реальной характеристики от теоретической на прямой ветви, в основном, обусловлены распределенным (объёмным) сопротивлением электронной и дырочной областей r1 за пределами запирающего слоя Тепловой пробой обусловлен значительным ростом количества носителей зарядов в p-n переходе за счет нарушения теплового режима. 43

  48. Модуль 4 Физика кристаллов лекция ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД C0 — емкость p-n перехода при UОБР = 0 Емкость p-n перехода диффузионная емкость Сопротивление утечки rУТ учитывает возможность прохождения тока по поверхности кристалла из-за несовершенства его структуры Барьерная (зарядная) емкость определяется изменением нескомпенсированного заряда ионов при изменении ширины запирающего слоя под воздействием внешнего обратного напряжения.  - коэффициент, зависящий от типа p-n перехода (для резких p-n переходов  = 1/2, а для плавных  = 1/3). 44

  49. Раздел V Твердотельная электроника лекция РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ Гетероструктура – содержит область со столь большим градиентом основного химического состава, что в этой области и ее окрестностях существенно нарушена электронейтральность и, следовательно, нарушена локальная связь состава и и концентрации носителей заряда Твердый раствор например германий-кремний Концентрация примеси Состав твердого арствора Варизонный полупроводник - это полупроводник с изменяющимся по координате основным химическим составом при условии локальной связи свойств с химическим составом 45

  50. Раздел V Твердотельная электроника лекция РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ гетеропереходы 46

More Related