Лекция 1 Удельная электропроводность полупроводников

Электрофизические свойства полупроводников

Лектор – доцент кафедры “АИЭ”

Саитов Элёр Бахриддинович

Лекция 1

Удельная электропроводность полупроводников

• Полупроводниковые материалы используют во всех случаях, когда необходима управляемая напряжением, температурой, освещенностью или другими факторами проводимость или электропроводность.
• Электропроводность, т.е. способность проводить электрический ток под воздействием постоянного электрического напряжения, является главным свойством вещества по отношению к электрическому полю. Основным количественным параметром электропроводности вещества является удельная электропроводность.

Удельная электропроводность полупроводников

• Удельная электропроводность σ - это величина, определяемая дифференциальной формой закона Ома

(1.1)

где - вектор плотности тока, - вектор напряженности поля.

• Электропроводность осуществляется свободными носителями заряда (СНЗ), которые могут перемещаться под действием электрического поля сколь угодно малой величины или градиента концентрации.

Элементы зонной теории твердого тела

• Свойства полупроводников, как и других тел, с регулярной кристаллической структурой (монокристаллы) описываются с помощью зонной теории твердого тела.

Зонная энергетическая диаграмма твердого тела.

Равновесная концентрация свободных носителей заряда

• При температуре отличной от абсолютного (0 К) нуля в кристалле полупроводника происходит тепловая генерация и рекомбинация электронно–дырочных пар,

а также ионизация примесных атомов и нейтрализация ионов.

• В собственном полупроводнике концентрации электронов и дырок одинаковы:

(1.2)

Равновесная концентрация свободных носителей заряда

• Используя справочные значения , , Wg, получим при T=300К (комнатная температура) следующие величины:

в германии ni=pi=1,99∙1013 см-3,

в кремнии ni=pi= 0,79∙1010 см-3,

в арсениде галлия ni=pi= 1,79∙106 см-3.

Равновесная концентрация свободных носителей заряда

• В донорном полупроводнике (n - типа) концентрации электронов и дырок неодинаковы:

концентрация электронов (основные СНЗ)

(1.3)

концентрация дырок (неосновные СНЗ)

(1.4)

Равновесная концентрация свободных носителей заряда

• В акцепторном полупроводнике (p - типа) концентрации электронов и дырок неодинаковы:

концентрация дырок (основные СНЗ)

(1.5)

концентрация электронов (неосновные СНЗ)

(1.6)

Равновесная концентрация свободных носителей заряда

Пример

• Концентрация донорной примеси в кремнии

Nd=1016 см-3, ni=0,79∙1010 см-3.

• Концентрация электронов (основных носителей) по формуле (1.3)

nn≈Nd= 1016 см-3,

• Концентрация дырок (неосновных носителей) по формуле (1.4)

pn =6,2∙103 см-3.

Спасибо за внимание!