Эффект Зинера и эффект Ганна.
Виды полупроводников.
Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.
· Собственные(чистые без примесей).
· Донорные (н-типа) В таком полупроводнике электроны являются основными носителями тока.
· Акцепторные(п-типа) Основные носители дырки.
Ды́рка — квазичастица(квант(неделимое) коллективного колебания или возмущения многочастичной системы), носитель положительного заряда, равного элементарному заряду в полупроводниках.
Зонные диаграммы.
Уровень Ферми - уровень энергии, вероятность заполнения которого электронами равна 0,5. Где же расположен уровень Ферми беспримесного полупроводника (например, чистого германия)? Вспомним, что в таком полупроводнике число электронов в зоне проводимости точно равно числу дырок в валентной зоне. Зная это, нетрудно сообразить, что вероятность заполнения симметрично расположенных относительно запрещенной зоны уровней энергии в зоне проводимости и валентной зоне в сумме равна единице. А это значит, что уровень Ферми, вероятность заполнения которого равна 0,5, должен располагаться в середине запрещенной зоны. У читателя возникает законный вопрос. Вероятность заполнения уровня Ферми равна 0,5, но он лежит внутри запрещенной зоны. Значит, на этом уровне электроны находиться не могут. Это совершенно верно. Объяснить, почему это так, может лишь квантовая физика. Мы же должны здесь толковать смысл уровня Ферми следующим образом: «Если бы внутри запрещенной зоны в месте расположения уровня Ферми имелись разрешенные энергетические уровни, то они заполнялись бы с вероятностью, равной 0,5».
|
|
|
Уровень Ферми в полупроводниках различных типов проводимости. Следует заметить, что в любом полупроводнике при стремлении температуры к абсолютному нулю уровень Ферми находится посередине запрещенной зоны. Но при повышении температуры в примесных полупроводниках он смещается либо вверх, либо вниз. Причина этого - в переходе электронов с валентной зоны в зону проводимости или наоборот, что обусловливает изменение энергии зоны проводимости и последующее смещение уровня Ферми. В случае с беспримесными полупроводниками, уровень Ферми при любой температуре проходит по середине запрещенной зоны. В случае с n-полупроводниками уровень Ферми находится выше средины запрещенной зоны. Формально, уровень Ферми в n-полупроводниках лежит посередине между дном зоны проводимости и донорным уровнем. В случае с p-полупроводниками, наблюдается обратная ситуация, уровень Ферми находится ниже средины запрещенной зоны. В металлах уровень ферми находится вверху валентной зоны, т.к. запрещенной зоны в металлах нет.
|
|
|
Донор в физике твёрдого тела - примесь в кристаллической решётке, которая отдаёт кристаллу электрон. Дополнительный электрон, связанный с атомом донора, образует так называемый донорный уровень в запрещенной зоне.
Акце́птор — в физике твёрдого тела примесь в кристаллической решётке, которая отдаёт кристаллу дырку.
Ионизация.
Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.
Положительно заряженный ион(одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения атомом или молекулой одного или нескольких электронов.) образуется, если электрон в атоме или молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера.
Ударная ионизация — физическая модель, описывающая ионизацию атома при ударе о него электрона (или другой заряженной частицы — например, позитрона, иона или «дырки»). Явление может наблюдаться как в газах, так и в твёрдых телах (в частности, в полупроводниках). В полупроводниках электрон или дырка, набравшие достаточно высокую кинетическую энергию в сильном электрическом поле, могут ионизовать кристалл и создать в нём электронно-дырочную пару. Для ионизации полупроводника энергия носителя должна превышать ширину запрещённой зоны.
|
|
|
В электрическом поле электрон набирает дополнительную энергию. За счет механизмов рассеивания электрон отдает часть энергии. Но в конце концов набирает энергию превышающую Ед. И при столкновении с атомом он передает ему эту энергию. Образуется электронно-дырочная пара. Эти два электрона, так же набирают энергию в электрическом поле и процесс повторяется. Увеличивается концентрация электронов и дырок. Это лавинообразный процесс. Встречный процесс – рекомбинация.
Рекомбинация это захват электрона дыркой.
Виды рекомбинации:
Инжекция – впрыскивание зарядов в другую область.
Экстракция – втягивание носителей заряда.
Излучательная, а также безызлучательная (фотонная и ударная).
Межзонная рекомбинация – межзонная рекомбинация осуществляется при переходе свободного электрона из зоны проводимости в валентную зону, что сопровождается уничтожением свободного электрона и свободной дырки.
|
|
|
Рекомбинация через локальные центры. В полупроводниковом кристалле всегда имеются дефекты, энергетические уровни которых находятся в запрещенной зоне. Поэтому наряду с межзонной рекомбинацией может идти процесс рекомбинации через локальные центры. Дефект решетки, способный захватить электрон из зоны, проводимости и дырку из валентной зоны, осуществляя их рекомбинацию, называется рекомбинационной ловушкой. В этом случае исчезновение пары – электрона проводимости и дырки проводимости – осуществляется следующим образом. Нейтральная рекомбинационная ловушка захватывает электрон из зоны проводимости, который затем через некоторое время перейдет в валентную зону.
Эффект Зинера и эффект Ганна.
Эффект Зинера (электростатическая ионизация). Имеет место в полупроводниках с малой Ед. Эффект не зависит от температуры.
Как видно из рисунка, в сильном электрическом поле при наклоне зон возможен переход электрона из валентной зоны и с локальных уровней в зону проводимости без изменения энергии - путем туннельного просачивания электронов через запрещенную зону. Этот механизм увеличения концентрации свободных носителей под действием сильного электрического поля называют электростатической ионизацией.
Эффект Ганна- явление возникновения осцилляций (генерация высокочастотных колебаний электрич. тока) тока в однородном полупроводнике при приложении к нему сильного электрического поля. Впервые этот эффект наблюдался Джоном Ганном в 1963 г. на арсениде галлия. Эффект Ганна заключается в возникновении СВЧ колебаний тока при наложении сильного электрического поля.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 705; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!