Презентация, доклад по электротехнике на тему Полупроводники

эта сложнее, число уровней в ней очень велико и распределены они неравномерно. Можно построить диаграмму распределения электронов по уровням энергии

Распределение электронов в металле по уровням энергии

,где
W-энергия;
N-число электронов;
T-температура ;

зона проводимости непосредственно примыкает к валентной зоне. Поэтому при нормальной температуре в металлах большое число электронов имеет энергию, достаточную для перехода валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, число электронов проводимости в металла не меньше числа атомов. Иная энергетическая структура характерна для диэлектриков. У них между зоной проводимости и валентной зоной существует запрещенная зона, соответствующая уровням энергии, на которых электроны не могут находиться (Рис. б)

меньше, чем у диэлектриков, и составляет около одного электрон-вольта. При низких температурах полупроводники являются диэлектриками, а при нормальной температуре значительное число электронов переходит из валентной зоны в зону проводимости.

Полупроводники

(Ge) и кремний (Si), имеющий валентность равную 4.

кремния имеют 4 валентных электрона. Пространственная кристаллическая решетка состоит из атомов, связанных друг с другом валентными электронами. Такая связь называется ковалентной или парноэлектронной

Ковалентная связь между атомами германия

Плоскостная схема кристаллической решетки германия

электроны проводимости, которые слабо связаны с ядрами атомов и совершают беспорядочное тепловое колебание между атомами кристаллической решетки. Эти электроны под действием разности потенциалов могут начать двигаться в определенном направлении. Такое движение и есть электрический ток.

Электронная электропроводность

не хватает одного электрона, т.е. образовалось свободное место. Дырки ведут себя, как элементарные положительные заряды.
На схеме, один из электронов, получив дополнительную энергию, становиться электроном проводимости, т.е. свободным носителем заряда, и может перемещаться по кристаллической решетке. А его прежнее место теперь свободно. Это и есть дырка.

диэлектриком, в нем нет электронов и дырок проводимости. Но при повышении температуры электропроводность возрастает, так как электроны валентной зоны получают дополнительную энергию и за счет этого все большее их число преодолевают запрещенную зону и переходит из валентной зоны в зону проводимости.

дырочной.

Примесная электропроводность

Примеси,атомы которых отдают электроны, называют донорами. Атомы доноров, теряя электроны, сами заряжаются положительно.

Вещества, отбирающие электроны, называются акцепторами(принимающий). Атомы акцептора, захватывая электроны, сами заряжаются отрицательно.

полупроводника. Поэтому из каждого атома донора один электрон легко переходит в зону проводимости, в зоне появляется дополнительное число электронов, равное числу атомов донора.

Зонная диаграмма полупроводника
n-типа

эти уровни легко переходят электроны из валентной зоны, в которой при этом возникают дырки.

Дырочные полупроводники Полупроводники р-типа

Зонная диаграмма полупроводника
р-типа

нему добавлена сурьма(Sb). На рисунке показано с помощью плоскостной схемы строения полупроводника, как атом донорной примеси (пятивалентной сурьмы),в окружении атомов германия, отдает один электрон в зону проводимости.

Возникновение примесной электронной электропроводности

электроны от атомов германия и в последних образуются дырки.

Возникновение примесной дырочной электропроводности

заряда (электроны и дырки) называется диффузионным током (iдиф).

Причиной возникновения диффузионного тока является не разность потенциалов, а разность концентраций носителей.

Причиной диффузии является неодинаковость концентрации частиц, а сама диффузия совершается за счет собственной энергии теплового движения частиц.

Dp-коэффициент диффузии

дырочный ток направлен в сторону уменьшения концентрации дырок.

Jр диф=-eDn∆p/∆x

Движение дырок при разной концентрации носителей

концентрации. Время, в течение которого избыточная концентрация уменьшится в 2,7 раза, т.е. станет равна 0,37 первоначального значения n0,называют временем жизни неравновесных носителей тn.

Изменение избыточной концентрации во времени

расстоянием по экспоненциальному закону. Расстояние Ln, на котором избыточная концентрация неравновесных носителей уменьшается в 2,7 раза, т.е. становится равной 0,37, первоначального значения n0, называют диффузионной длиной.

Изменение избыточной концентрации в пространстве

электронно-дырочным или n-p-переходом.

Электронно-дырочный переход обладает несимметричной проводимостью, т.е. имеет нелинейное сопротивление.

Работа большинства полупроводниковых приборов (диоды, транзисторы и др.) основана на использовании свойств одного или нескольких n-p-переходов.

внешнее напряжение к переходу не приложено.

На рис.в показано распределение концентрации носителей в переходе.

На рис.а атомы примесей только в области перехода.

основных носителей, называется прямым.
Действие прямого напряжения uпр, вызывающее прямой ток iпр через переход .

случая, когда ток in преобладает над током iр, вследствие того что nn>pn и подвижность электронов больше подвижности дырок.

протекает очень небольшой ток iобр, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов.

На рис.а одинаковые направления векторов Ек и Еобр. Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна uк+uобр (рис.б)

от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника.

Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела.