Open Library - открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Электротехника Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
просмотров - 501

Для полупроводников с одним носителœем заряда удельная электропроводность γ определяется выражением

где n − концентрация свободных носителœей заряда, м-3; q − величина заряда каждого из них; μ − подвижность носителœей заряда, равная средней скорости носителя заряда (υ) к напряженности поля (E): υ/E, м2/(B∙c).

На рисунке 5.3 представлена температурная зависимость концентрации носителœей.

В области низких температур участок зависимости между точками а и б характеризует только концентрацию носителœей, обусловленную примесями. С увеличением температуры число носителœей, поставляемых примесями, возрастает, пока не истощатся электронные ресурсы примесных атомов (точка б). На участке б-в примеси уже истощены, а перехода электронов основного полупроводника через запрещенную зону еще не обнаруживается. Участок кривой с постоянной концентрацией носителœей заряда называют областью истощения примесей. В дальнейшем температура возрастает настолько, что начинается быстрый рост концентрации носителœей вследствие перехода электронов через запрещенную зону (участок в-г). Наклон этого участка характеризует ширину запрещенной зоны полупроводника (тангенс угла наклона α даёт значение ΔW). Наклон участка а-б зависит от энергии ионизации примесей ΔWп.

Рис. 5.3. Типичная зависимость концентрации носителœей заряда

в полупроводнике от температуры

На рисунке 5.4 представлена температурная зависимость подвижности носителœей заряда для полупроводника.

Рис. 5.4. Температурная зависимость подвижности носителœей

заряда в полупроводнике

Увеличение подвижности свободных носителœей заряда с повышением температуры объясняется тем, что чем выше температура, тем больше тепловая скорость движения свободного носителя υ. При этом при дальнейшем увеличении температуры усиливаются тепловые колебания решетки и носители заряда начинают всœе чаще с ней сталкиваться, подвижность падает.

На рисунке 5.5 представлена температурная зависимость удельной электропроводности для полупроводника. Эта зависимость сложнее, т. к. электропроводность зависит от подвижности и числа носителœей:

.

На участке АБ рост удельной электропроводности с увеличением температуры обусловлен примесью (по наклону прямой на этом участке определяют энергию активации примесей Wп). На участке БВ наступает насыщение, число носителœей не растет, а проводимость падает из-за уменьшения подвижности носителœей заряда. На участке ВГ рост проводимости обусловлен увеличением числа электронов основного полупроводника, преодолевших запрещенную зону. По наклону прямой на этом участке определяют ширину запрещенной зоны основного полупроводника. Для приближенных расчетов можно воспользоваться формулой [3]

(5.1)

где ширина запрещенной зоны W исчисляется в эВ.

Рис. 5.5. Температурная зависимость удельной электропроводности

для полупроводника

В лабораторной работе исследуется кремниевый полупроводник.

Кремний, как и германий, относится к IV группе таблицы Д.И. Менделœеева. Он является одним из самых распространенных элементов в земной коре, его содержание в ней примерно равно 29 %. При этом в свободном состоянии в природе он не встречается.

Технический кремний (около одного процента примесей), получаемый восстановлением из диоксида (SiO2) в электрической дуге между графитовыми электродами, широко применяется в черной металлургии как легирующий элемент (к примеру, в электротехнической стали). Технический кремний как полупроводник использован быть не может. Он является исходным сырьем для производства кремния полупроводниковой чистоты, содержание примесей в котором должно быть менее 10-6 %.

Технология получения кремния полупроводниковой чистоты очень сложна, она включает несколько этапов. Конечная очистка кремния может выполняться методом зонной плавки, при этом возникает ряд трудностей, т. к. температура плавления кремния очень высока (1414 °С).

Сегодня кремний является основным материалом для изготовления полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, стабилитронов, тиристоров и т.д. У кремния верхний предел рабочей температуры приборов может составлять в зависимости от степени очистки материалов 120−200 оС, что значительно выше, чем у германия.


Читайте также


  • - Зависимость электропроводности полупроводников от температуры

    Для полупроводников с одним носителем заряда удельная электропроводность &... [читать подробенее]