ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Полупроводниковые материалы — группа веществ имеющее

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Полупроводниковые материалы - группа веществ, имеющее удельное сопротивление в диапазоне от 10– 6 до 10+8 Ом. м, с шириной запрещенной зоны до 3, 0 э. В

Основные электрические характеристики полупроводников • удельная электрическая проводимость (или величина обратная ей – удельное электрическое сопротивление); • концентрация электронов и дырок; • температурный коэффициент удельного сопротивления; • ширина запрещенной зоны, • энергия активации примесей; • подвижность носителей заряда; • работа выхода носителей заряда; • коэффициент диффузии носителей заряда.

Для применения полупроводников важны: • • коэффициент термо–ЭДС; коэффициент термоэлектрического эффекта; удельная фотопроводимость; коэффициент тензочувствительности; коэффициент Холла. плотность; постоянная кристаллической решетки; коэффициент теплопроводности.

Классификация полупроводников по химическому составу: • простые или элементарные полупроводники: кремний, германий, теллур и селен; • сложные полупроводники – полупроводниковые соединения: • оксидные соединения (закись меди, оксид цинка) • бинарные соединения типа AIVBIV, AIIBVI, AIIIBV (карбид кремния (Si. C), арсенид галлия (Ga. As), антимонид индия (In. Sb), сульфид цинка (Zn. S) и т. д. • сложные химические соединения, Zn. Si. As 2, Cu. Al. S 2 и т. д.

Простые полупроводники Германий Кремний – элемент IV группы таблицы Менделеева. Ширина запрещенной зоны – 0, 72 э. В. Интервал рабочих температур находится в диапазоне от минус 60 до плюс 70 о. С – элемент IV группы таблицы Менделеева. Ширина запрещенной зоны – 1, 12 э. В. Интервал рабочих температур находится в диапазоне от минус 60 до плюс 180 – 200 о. С (в зависимости от степени очистки кремния).

Атомная модель и энергетическая диаграмма кремния

+ n Т 1 < + p Т 1 Т 2 I < I Определение типа проводимости полупроводника (Эффект Томпсона) Т 2

Карбид кремния – • Это бинарное соединение (АIV ВIV) с шириной запрещенной зоны 2, 8– 3, 1 э. В в зависимости от модификации. • Карбид кремния одно из наиболее твердых веществ, полупроводниковые приборы из которого могут работать при высоких температурах вплоть до 700 о. С. • При комнатной температуре не взаимодействует с кислотами. • Карбид кремния применяется для изготовления варисторов (нелинейных резисторов), светодиодов, высокотемпературных диодов, транзисторов, тензорезисторов, счетчиков частиц высоких энергий, способных работать в химически агрессивных средах. • . Карбид кремния также применяется для изготовления стержней дэлектрических печей на максимальную температуру до 1500 о. С.

Бинарные соединения типа АIIIВV • Классифицируются по металлоидному элементу. Различают нитриды, фосфиды и антимониды. • Используются для изготовления приборов, работающих при высоких температурах и высоких частотах, для инжекционных лазеров, светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов. Широко применяются антимонид индия, фосфид галлия, антимонид галлия.

Бинарные соединения типа АIIВVI К ним относятся халькогениды, сульфиды, селениды, теллуриды. Применяются для изготовления фоторезисторов, высоковольтных датчиков Холла, в инфракрасной технике, для создания промышленных люминофоров.

Оксидные соединения Наиболее часто применяются такие соединения как гемиоксид меди, оксид цинка. Они применяются для изготовления выпрямителей и фотоэлементов. Оксид цинка используется для изготовления терморезисторов с большим отрицательным коэффициентом удельного сопротивления, варисторов ограничителей перенапряжений (ОПН).

В электротехнике и электронике применение полупроводников идет по двум основным направлениям: • использование свойств p–n перехода (диоды, транзисторы, тиристоры, микросхемы и т. д. ); • использование зависимости удельного сопротивления полупроводников от внешних факторов (нелинейные сопротивления: варисторы, термисторы, позисторы, фотосопротивления, и различные и датчики и преобразователи: датчики Холла, термодатчики, тензодатчики и др. ).

Основные внешние факторы, влияющие на электропроводность: • • Температура; Освещенность; Механические деформации; Приложенное напряжение и т. д.

Тензоэффект – это зависимость удельного сопротивления (проводимости) от деформации. При растяжении иди сжатии происходит изменение подвижности носителей, что вызывает изменение проводимости проводника. Это явление положено в основу тензодатчиков, позволяющих электрическими методами выполнять изменение механических воздействий.

. В области собственной проводимости удельная проводимость полупроводника зависит от температуры согласно выражению: В области примесной электропроводности удельная проводимость определяется выражением:

При облучении полупроводника светом вся световая энергия, поглощенная им, вызывает появление избыточного количества носителей заряда (по сравнению с равновесным при данной температуре), и повышает его электропроводность. Данное явление называется фотопроводимостью. Процесс, при котором электроны, оставаясь в теле полупроводника, изменяют свое энергетическое состояние и переходят из одной энергетической зоны в другую под действием электромагнитного излучения, называется внутренним фотоэффектом. Внутренний фотоэффект наблюдается при частоте облучения больше граничной частоты, называемой красной границей фотоэффекта.

γФ W=0. 7 э. В λ 1, 5 . Зависимость 2 фотопроводимости от длины волны

γФ Зависимость фотопроводимости от температуры

Выпрямительный эффект (ВАХ диода)

Явление возникновения эдс Холла

Термоэлектрические эффекты К важнейшим термоэлектрическим явлениям в полупроводниках относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томпсона.

Эффект Зеебека состоит в том, что в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных полупроводников или полупроводника и металла, возникает разность ЭДС, если между концами этих материалов существует разность температур.

Эффект Пельтье – эффект обратный эффекту Зеебека, то есть при прохождении тока через спай двух разнородных полупроводников происходит поглощение или выделение тепла. Количество теплоты, выделяемое или поглощаемое в контакте, пропорционально протекающему току.

Эффект Томпсона заключается в выделении или поглощении теплоты при прохождении тока в однородном полупроводнике, в котором существует градиент температур. Наличие градиента температур приводит к образованию термо–ЭДС. Если направление внешнего электрического поля совпадает с полем, обусловленным термо. ЭДС, то не вся энергия, поддерживающая ток, обеспечивается внешним источником, часть работы свершается за счет тепловой энергии самого полупроводника, в результате чего он охлаждается Этот эффект может быть использован для определения типа проводимости полупроводника.

диоды

тиристоры

Интегральная микросхема