Примеси и примесные состояния в полупроводниках презентация

Твердотельная электроника Примеси и примесные состояния в полупроводниках

Для управления электрическими свойствами полупроводников в них специально вводят примеси (легируют). Необходимо подчеркнуть, что при замещении атома кристалл остается электронейтральным! Для управления электрическими свойствами полупроводников в них специально вводят примеси (легируют). Необходимо подчеркнуть, что при замещении атома кристалл остается электронейтральным!

Элементы III, IV, V групп Периодической системы Д.И. Менделеева

Донорный полупроводник

Донорный 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.

Уровень Ферми в донорном полупроводнике

Донорный 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).

Уравнение электронейтральности

Зависимость положения уровня Ферми от температуры в полупроводнике n-типа

Заполнение электронами зоны проводимости в невырожденном полупроводнике n-типа

Функция Ферми-Дирака для примесных полупроводников

Положение уровня Ферми и концентрация носителей заряда для донорного полупроводника

Концентрация носителей заряда в легированном полупроводнике

Зависимость концентрации электронов от температуры в полупроводнике n-типа

Акцепторный полупроводник

Акцепторный полупроводник Энергия ионизации акцепторов Ea<<Eg, и при комнатной температуре акцепторная примесь 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.

Уровень Ферми в акцепторном полупроводнике

Зависимость положения уровня Ферми от температуры в акцепторном полупроводнике

Зависимость положения уровня Ферми от температуры для Ge n- и p-типов

Уравнение электронейтральности

Смещение энергетических зон под действием электрического поля А) Без смещения Б) Приложено внешнее напряжение

Расчет скорости свободного электрона

Схема движения свободного электрона

Классификация веществ

Насыщение дрейфовой скорости в сильных электрических полях

Подвижность носителей заряда

Рассеяние на ионах примеси

Рассеяние на колебаниях решетки

Зависимость подвижности электронов и дырок от концентрации легирующей примеси

Зависимость подвижности носителей заряда от обратной температуры при различных концентрациях примеси

Типичные значения подвижности (300К) для некоторых полупроводников

Расчет электропроводности

Собственная проводимость Зависимость электропроводности собственного материала от температуры: