Энергетические электронные уровни в изолированном атоме водорода

Энергетические электронные уровни в изолированном атоме водорода

Схематическое изображение расширения энергетического уровня электрона в зону проводимости

Схематическое изображение энер гии электрона

Полупроводники, металлы, диэлектрики

Полупроводники, металлы, диэлектрики

СТАТИСТИКА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В МЕТАЛЛАХ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ УРОВЕНЬ ФЕРМИ. ЭНЕРГИЯ ФЕРМИ. fn (E, Т) = ехр[ (E - EF)/k. Т]; fp (Е, Т) = ехр [ (EF - E)/KT]

Кристаллическая структура алмаза. Схематическое двухмерное изображение парноэлектронных связей в решетке, имеющей струк туру лмаза. а

Схематическое изображения случая нарушения ковалентных связей в узле А.

Расчет концентрации собственных носителей заряда в полупроводниках Здесь h —постоянная Планка (h = 6, 62· 10 -34 Дж с); т—масса свободного электрона; mn, mp соответ ственно эффективные массы электрона проводимости и дырки.

Полупроводник n типа

Зонная структура полупроводников n типа

Полупроводник р типа

Зонная структура полупроводников р типа

Схематическое изображение ковалентных связей в кремнии

Замещение атома кремния атомом элемента пятой группы. Появление примесного электрона

Замещение атома кремния атомом элемента третьей группы. Образование примесной дырки

ЭНЕР ИЯ, НЕОБХОДИМАЯ ДЛЯ Г ИОНИЗАЦИИ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ Р, АS И SB В ГЕРМАНИИ Примесь. . . Р Аs Sb Энергия ионизации, э. B. 0, 045 0, 049 0, 039 Генерация и рекомбинация носителей заряда

СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ ОТ ОБРАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ N ТИПА Концентрация донорных примесей воз растает в последователь ности , 2, 3 1

ВЫВОДЫ Проводимость полупроводников в сильной степени зависит от состава, структуры кристалла и внешних условий (давления, внешних электрических и магнитных полей и т. д. ). Как правило, она возрастает при сообщении полупроводникам энергии путем нагрева, освещения, облучения ядерными частицами. В полупроводниках существует два механизма проводимости: носителями заряда являются свободные электроны и свободные дырки. Дырочная проводимость есть проводимость, создаваемая движением связанных электронов по связям.

ВЫВОДЫ В чистом полупроводнике число свободных дырок равно числу свободных электронов, такой полупроводник называется собственным. Примесь, поставляющая свободные электроны, называется донорной; примесь, поставляющая свободные дырки, называется акцепторной. Носители заряда, имеющиеся в большем количестве, называются основными; носители заряда, имеющиеся в меньшем количестве, называются неосновными.

КОНТАКТ ДВУХ МЕТАЛЛОВ. ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ

ЗАКОНЫ ВОЛЬТА

ТЕРМОПАРА

СБОРКА ИЗ ТЕРМОПАР ТЕРМОБАТАРЕЯ

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕЛЬТЬЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПАР МЕТАЛЛОВ Железо Свинец Медь никель константан T, К П, м. В 273 13, 0 292 8, 0 293 8, 7 299 15, 0 328 9, 0 383 11, 8 403 19, 0 478 10, 3 508 16, 0 513 26, 0 563 8, 6 578 18, 7 593 34, 0 613 8, 0 633 20, 6 833 52, 0 718 10, 0 713 23, 4

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПЕЛЬТЬЕ

ЭФФЕКТ ТОМСОНА Эффект Томсона относится к термоэлектрическим эффектам и заключается в следующем: при пропускании электрического тока через проводник, вдоль которого существует градиент температуры, в проводнике (даже однородном), помимо джоулева тепла, в зависимости от направления тока будет выделяться или поглощаться дополнительное количество тепла (теплота Томсона).

Опыт и теоретические расчеты показывают, что явление Томсона подчиняется следующему закону: , где тепло Томсона, выделяющееся (или поглощающееся) за единицу времени в единице объема проводника (удельная тепловая мощность); j плотность тока, текущего через проводник; градиент температуры вдоль проводника; τ коэффициент Томсона, зависящий от природы металла и его температуры.

ФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ПО ЭНЕРГИИ Функции распределения Фер ми — Дирака fn(E) и fp (E) при раз личных температурах (Т 2 T 1).

ПОЛОЖЕНИЕ УРОВНЯ ФЕРМИ В СОБСТВЕННОМ ПОЛУПРОВОДНИКЕ С ростом температуры уро вень E F обычно поднимается (как правило, m p > т n большинства собственных по лупроводников (кремния, германия и др. ) в рабочих интер валах температур этим смещением можно пренебречь. При расчетах часто полагают NС = NV. Тогда можно записать E F = E /2= E i. где через E i обозначена середина запрещенной зоны.

КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СОБСТВЕННОМ ПОЛУПРОВОДНИКЕ Где где mn , mp — эффективные массы электрона и дырки в полупроводнике; Коэффициенты N С и N V в приведенных выражениях на зываются эквивалентными плотностями состояний со ответственно электронов и дырок.

ПОЛОЖЕНИЕ УРОВНЯ ФЕРМИ В ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ (N-ТИПА) Выражение для уровня Ферми EF при низких температурах можно записать в виде где ED— энергетический уровень доноров; ND— кон центрация доноров. Из этого выражения при Т = О 0 К получаем EF = (EС + ED)/2. С повышением температуры все большее количество ато мов доноров отдает свои электроны в зону проводимости, примесные уровни постепенно истощаются

РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Полное истощение примесных центров наступает при п = N D. Положение уровня Ферми E FS , отвечающее этому условию, определяется из равенства E FS = E D. При этом, исходя из определения уровня Ферми, для концентрации электронов в зоне прово димости ожно записать n м = N D /2 и вычислить температуру истощения примеси:

РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ С повышением температуры собственная концентрация n i возрастает, достигает примесную концентрацию n i = N D и превышает ее, что соответствует перехо ду к собственной электропроводности, который наступает при некоторой температуре Т i называемой температурой ионизации.

ЗАВИСИМОСТЬ ПОЛОЖЕНИЯ УРОВНЯ ФЕРМИ EF ОТ ТЕМПЕРА УРЫ В Т ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ N ТИПА (А) И Р ТИПА (Б)

КОНТАКТ ДВУХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Р И N-ТИПА Одним из основных положений в физике полупроводни ков является то, что уровень Ферми EF о д и н а к o в в о в с е х ч а с т я х р а в н о в е с н о й си с т е м ы, какой бы разнородной она ни была, т. е. E F = const.

ПОЛУПРОВОДНИКИ Р И N-ТИПА ДО КОНТАКТА

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ КОНТАКТ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

ЗАПИРАЮЩИЙ СЛОЙ