Энергетические зоны примесей и дефектов

Примеси и дефекты нарушают строгую периодичность структуры и создают особые энергетические уровни, которые располагаются в запрещенной зоне идеального кристалла.

Если примесные атомы и дефекты расположены достаточно далеко друг от друга, то взаимодействие между ними отсутствует, а соответствующие им энергетические уровни оказываются дискретными. Поскольку туннельные переходы электронов между удаленными примесными атомами практически невозможны, то дополнительные электронные состояния локализованы в определенном месте решетки, т.е. на дефекте структуры. При достаточно высокой концентрации примесных атомов расстояния между ними сравнимы с размерами атомов, благодаря чему возможно перекрытие электронных оболочек ближайших атомов примеси. В этом случае дискретные энергетические уровни примесей расщепляются в энергетическую зону примесных состояний, способную обеспечить проводимость, если не все уровни в этой зоне заполнены электронами.

Таким образом, электрические свойства твердых тел определяются теоретически с единой точки зрения - энергия возбуждения носителей заряда или энергия активации электропроводности равна нулю у металлов и непрерывно возрастает в ряду полупроводников, условно переходящих при увеличении этой энергии в ряд диэлектриков.

Следует подчеркнуть, что зонная теория строго применима к твердым телам с ковалентными и металлическими связями.

Разделение твердых тел на полупроводники и диэлектрики носит в значительной мере условный характер.

Собственные и примесные полупроводники. Основные и не основные носители заряда.

Как и в металлах, электрический ток в полупроводниках связан с дрейфом носителей заряда. Но если в металлах наличие свободных электронов обусловлено самой природой металлической связи, то появление носителей заряда в полупроводниках определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются химическая чистота материала и температура. В зависимости от степени чистоты полупроводники подразделяют на собственные и примесные

Собственные полупроводники

Собственный - полупроводник, в котором можно пренебречь влиянием примесей при данной температуре. Ранее было показано, что для полупроводников характерно наличие не очень широкой запрещенной зоны в энергетической диаграмме.

При T=0⁰К у собственного полупроводника валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости абсолютно свободна, а вследствие наличия запрещенной зоны, собственный полупроводник при T=0⁰К является идеальным диэлектриком.

При T> 0₀К имеется конечная вероятность того, что за счет тепловых флуктуаций (неравномерного распределения тепловой энергии между частицами) некоторые из электронов преодолеют запрещенный барьер и перейдут в зону проводимости. В собственном полупроводнике каждый переход электрона в зону проводимости сопровождается образованием дырки в валентной зоне. (Понятие дырки введено, чтобы устранить отрицательную эффективную массу m_n^*, т.к. в середине зоны Бриллюэна m_n^* положительна, а вблизи потолка валентной зоны отрицательна).

Благодаря дыркам электроны валентной зоны также принимают участие в процессе электропроводности за счет эстафетных переходов под действием электрического поля на более высокие энергетические уровни. Совокупное поведение электронов валентной зоны можно представить как движение дырок, обладающих положительным зарядом и некоторой эффективной " положительной" массой.

Ос­новные полупроводниковые материалы — германий и кремний — являются кристаллическими веществами. Они имеют одинаковую кубическую кристаллическую структуру. Это означает, что кристалл их имеет форму куба. Взаимное расположение атомов в этой кубической структуре изображено на рис. 16, 3, из которого видно, что восемь атомов занимают места узлов в верши­нах куба. Они обозначены буквой «у» (узел). В центрах всех шести граней куба находится по одному атому; они обозначены буквой «г» (грань).

Таким образом, кристаллическая структура германия и крем­ния представляет собой гранецентрированный куб, который де­лится на восемь более малых кубов. Вверху слева обозначен пунктиром один из восьми таких кубов. В центрах четырех (из восьми) малых кубов, расположенных в шахматном порядке, находится еще по одному атому. Они обозначены буквой «ц» (центр.малого куба). Каждый из пере­численных атомов связан с четырьмя своими бли­жайшими соседями. Это более наглядно видно на примере атомов, находя­щихся в центрах малых кубов. Каждый централь­ный атом «ц» связан с одним узловым атомом и тремя атомами «г» нахо­дящимися в центрах граней большого куба. Все эти четыре атома в свою очередь связаны в от­дельности с четырьмя своими ближайшими соседними атомами. Рис.16.3 пред­ставляет объемную картину кристаллической структуры герма­ния, кремния и алмаза. Однако для представления о движении электронов в кристалле удобнее пользоваться упрощенной кар­тиной взаимного расположения атомов в виде плоской ре­шетки.

 

 

Рис. 16.3. Кристаллическая структура германия и кремния

 

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. C. Там, где зоны формирования опасных и вредных факторов практически пронизывают всю производственную среду
2. ВЫБОР ОРТОПЕДИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ЛЕЧЕНИИ СОЧЕТАННЫХ ДЕФЕКТОВ ЗУБНОГО РЯДА
3. Геометрические и теплоэнергетические показатели
4. Гигиеническое нормирование вредных веществ в воздухе рабочей зоны и на кожных покровах. Комплексное действие вредных веществ и других производственных факторов. Адаптация.
5. Допустимый уровень взрывозащиты или степень защиты электрических светильников в зависимости от класса взрывоопасной зоны
6. Защитные зоны стержневых молниеотводов.
7. Зоны деятельности поликлиник.
8. Зоны и интенсивность физических нагрузок. Энергозатраты при физической нагрузке. Значение мышечной релаксации.
9. Зоны радиоактивного заражения.
10. Зоны экологического бедствия(катастрофическая экологическая ситуация)
11. Зоны экологического кризиса (чрезвычайная экологическая ситуация)
12. Их энергетические ресурсы, включая эмоциональные, направляются по главному руслу – достижения успеха и очень мало расходуются на прочие обстоятельства. Дело – основной источник вдохновения.