Э Тема 1 Зонная теория 07.06.2014 17

Зонная теория. Слайд 1. Всего 17
ЭЛЕКТРОНИКА
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 2. Всего 17
Ферми поверхность – изоэнергетическая
поверхность, ограничивающая в пространстве
квазиимпульсов область энергетических состояний,
занятых электронами проводимости при Т = 0 К.
Уровень Ферми – энергия, ниже которой при Т = 0
К
все
энергетические
состояния
частиц,
подчиняющихся
Ферми-Драка
статистике,
заняты, а выше - свободны.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 3. Всего 17
Ферми-Дирака статистика – квантовая
статистика для систем тождественных фермионов.
Характерная
особенность
Ферми-Дирака
статистики: в каждом квантовом состоянии может
находиться не более одной частицы (принцип
Паули). Применима к электронному газу в
металлах, к электронам в атомных оболочках,
нуклонам в атомных ядрах и др. Предложена в 1925
году Энрико Ферми, а Поль Дирак установил её
связь с математическим аппаратом квантовой
механики.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 4. Всего 17
Энрико Ферми (1901…1954), итальянский физик,
один из создателей ядерной и нейтронной физики.
Поль Дирак, (1902…), английский физик, один из
создателей
квантовой
механики.
Разработал
квантовую статистику (статистика Ферми- Дирака),
релятивистскую
теорию
движения
электрона,
предсказавшую позитрон, аннигиляцию и рождение
пар и др.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 5. Всего 17
Полупроводниковые материалы по удельному
электрическому сопротивлению  занимают место
между проводниками и диэлектриками ( = 10-3…108
Омсм). Разная величина проводимости у металлов,
полупроводников и диэлектриков обусловлена разной
величиной энергии, которую надо затратить на то,
чтобы освободить валентный электрон от связей с
атомами, расположенными в узлах кристаллической
решётки.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 6. Всего 17
Зонная теория – квантовая теория, объясняющая
поведение электронов в твёрдых телах. Основной
результат зонной теории: разрешённые значения энергии
электронов в твёрдом теле образуют определённые
интервалы – разрешённые зоны, которые могут быть
отделены друг от друга запрещёнными зонами.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 7. Всего 17
W
W
W
Зона
проводимости
W
Валентная
зона
0
0
Зона
проводимости
Запретная
зона
Валентная
зона
Зона
проводимости
Запретная
зона
W
Валентная
зона
0
Проводимость полупроводников в значительной
степени зависит от наличия примесей и температуры.
В полупроводниках присутствуют подвижные
носители зарядов:
1. электроны (носители отрицательных зарядов),
2. дырки (носители положительных зарядов).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 8. Всего 17
Чистые (собственные) полупроводники
Si
Si
Si
Si
Si
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 9. Всего 17
Ge
Ge
Ge
+
Ge
Ge
Ge
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 10. Всего 17
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Возникает i-проводимость (собственная проводимость). В
собственном полупроводнике ni = pi.
ni – концентрация электронов в собственном полупроводнике,
pi - концентрация дырок в собственном полупроводнике.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 11. Всего 17
Примесные полупроводники
Si
Si
Si
P
Si
Si
Возникает n-проводимость (электронная проводимость). Да
ещё i-проводимость. Получается n+i - проводимость. Электроны
– основные подвижные носители заряда. Дырки – неосновные.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 12. Всего 17
Примесные полупроводники
Si
Si
Si
P
Si
Si
Возникает n-проводимость (электронная проводимость). Да
ещё i-проводимость. Получается n+i. Электроны – основные
подвижные носители заряда. Дырки – неосновные.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 13. Всего 17
Si
Si
Si
Al
Si
Si
Возникает p-проводимость (дырочная проводимость). Да ещё iпроводимость. Получается р+i - проводимость. Дырки – основные
подвижные носители заряда. Электроны – неосновные.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 14. Всего 17
Если в 1 килограмм кремния добавить всего 20 мкг
фосфора, то число свободных электронов в
примесном полупроводнике возрастёт на 5 порядков
(в 100 000 раз). На столько же порядков уменьшится
число неосновных носителей.
В примесном полупроводнике справедливо равенство
n  p  ni pi  ni2  pi2
n – концентрация электронов в примесном полупроводнике,
p - концентрация дырок в примесном полупроводнике.
ni – концентрация электронов в собственном полупроводнике,
pi - концентрация дырок в собственном полупроводнике.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 15. Всего 17
Концентрация основных носителей определяется
концентрацией примеси и практически не зависит от
температуры, так как уже при комнатной
температуре все атомы примеси ионизированы. А
число неосновных носителей, возникающих за счёт
генерации пар электрон-дырка, пренебрежимо мало
по сравнению с общим числом основных носителей.
Концентрация неосновных носителей мала и
сильно зависит от температуры, увеличиваясь в 2 – 3
раза на каждые 10 градусов увеличения
температуры.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 16. Всего 17
Ширина запрещенной зоны
W
Зона
проводимости
Уровни доноров
Уровень Ферми
доноров
W
Зона
проводимости
Уровень Ферми
акцепторов
Уровни акцепторов
0
Автор Останин Б.П.
Валентная
зона
0
Валентная
зона
Конец слайда
Зонная теория. Слайд 17. Всего 17
Контрольные вопросы
1. Поясните, чем обусловлена разная величина проводимости у металлов,
полупроводников и диэлектриков.
2. Зонная теория
– это квантовая теория объясняющая ...
3. В чистых полупроводниках количество электронов и дырок …
4. Укажите соотношение электронов и дырок в полупроводниках типа n.
5. Укажите соотношение электронов и дырок в полупроводниках типа р.
6. Поясните, откуда берутся дырки в полупроводниках типа n.
7. Поясните, откуда берутся электроны в полупроводниках типа р.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда