Farm-szint - studopediya

Az elektron koncentráció a vezetési sávban (és lyukak vannak kialakítva a vegyérték sáv) egy adott hőmérsékleten a T arányos a valószínűsége „töltelék” az elektron szintet E ezen a hőmérsékleten.

Ez a valószínűség által leírt Fermi-Dirac eloszlásfüggvény

ahol az EF - Fermi energia (vagy Fermi szint), a minimális energia szükséges gerjesztési egyetlen részecske és annak átmenet a vezetési sávban. Az energia származási érdemes választani (az energia diagramja kristály) nullára.

a). Ha egy félvezető elektron „átvitele” a felső szint a vegyérték sáv, hogy az alsó szinten a vezetési sáv, szükség van egy energiája # 916; Eg (bandgap). Egy tiszta félvezető átmenet egy elektron a vezetési sávban, hogy a vegyérték sáv jelenik egy másik aktuális hordozó - egy lyuk, azaz kialakulhatna egy hordozó jelenlegi energiára van szüksége # 916; Pl / 2. Következésképpen, a tiszta félvezető Fermi szintet található a központtól a sávú (ábra7).

b). Ha közel az alsó széle a vezetési sáv elhelyezve töltött szinten szennyező atomok (donor szint), akkor az e-mail üzenetek, amelyek megjelennek ezek a teljesítményszint, # 916; E1 <<ΔЕg (рис.6а), эти электроны переходят в зону проводимости.

A Fermi energia átlagos energia a gerjesztés az elektronok „dobott” a vezetési sávban. Az abszolút nulla vagy közel a Fermi szint a félvezető donor közelében található a donor szintek miatt ebben a hőmérséklet-tartományban elektron átmenetek egész tiltott sávban (a legfelső szinten a vegyértéksáv a vezetési sávban) nem valószínű.

Azonban, a hőmérséklet növekedésével az anyag növeli az elektronok száma áthaladó sávú a vezetési sávban, hőhatás következtében kaotikus mozgások és termikus ingadozások.

Mindegyik ilyen átmenetek vannak kialakítva két aktuális hordozót (elektron és a lyuk). Ezért, hogy ezekből egy aktuális hordozót energiát igényel # 916; Pl / 2. A Fermi szint van mozgatva (csökkentjük) a régió donor szintek annak korlátozó helyzetében - a tiltott energia sávban központ (ris.7b).

c). Az akceptor félvezetők nulla vagy közel a Fermi szint közelében az akceptor szintek találhatók (a tetején a vegyérték sáv határ). Növekvő hőmérséklettel, növeli az elektronok száma áthaladó sávú a vezetési sáv és a Fermi szintet mozog (emelkedik), annak érdekében, mint a donor félvezetők annak korlátozó helyzetében - a központ a sávú (ris.7v).

IV. Hőmérsékletfüggése az elektromos vezetőképesség.

1. Metals. A fajlagos vezetőképesség a fém # 963;, ami elektrodinamika a levezetése Ohm-törvény differenciális formában J = # 963; E alapján a klasszikus elektromos vezetőképesség, kifejezve a következő képlettel

ahol n - a koncentráció a „szabad elektronok” <λ> - az átlagos szabad úthossz, - számtani átlag véletlenszerű hőmozgás sebességet.

A fém és n <λ> gyakorlatilag független a hőmérséklet (T = 0 K, és az olvadási hőmérsékletet a vezetési elektronsűrűség szinte azonos), és egyenesen arányos. így szerint a klasszikus elmélet a vezetőképesség, # 963; Meg kell arányos. A kísérletek azonban egy széles hőmérséklet-tartományban, a függőség. megerősítette az elvégzett számítások alapján a kvantumelmélet az elektromos vezetőképesség.

Bebizonyosodott, hogy a külső elektromos tér gyorsítja nem minden szabad elektronok a fém (a feltételezett klasszikus elmélet), de csak az elektronok a Fermi szint vagy a közelébe. Az elektronok a nagyobb „mély” szintje nem vesznek részt a vezetőképesség.

Továbbá, meg kell jegyezni, hogy a vezetési elektronok lépés nem csak hatása alatt a külső elektromos mező E. hanem egy periodikus rácsos mező, amely lépéseket kell figyelembe venni bevezetésével hatékony elektron tömeg m *;

ahol - az erő hatása miatt az elektron mező rács.

2. A tiszta félvezető vivőanyagok vannak vezetési elektronok, de a mechanizmus előfordulásuk eltér a mechanizmus a vezetési elektronok a fémek.

A fő tényezők azok kialakulásának: termikus kaotikus mozgás, és jelenléte a termikus ingadozások - eltérései az energia a ionok (atomok) a kristályrács átlagértékekkel (ezek az eltérések léteznek bármely hőmérsékleten az abszolút nulla).

Az ilyen atomok így vegyérték elektronok, amelyek átmennek a zóna a tiltott energiák # 916; Pl a vezetési sávban. Ezért, bármely olyan hőmérsékleten, nagyobb, mint az abszolút nulla, egy félvezető vezetési sávban van egy bizonyos számú elektronok.

Egyidejűleg bevezetésével elektronok a vezetési sáv a korábban kitöltött (vegyérték), amelynek egy lyuk területen mozgó hatása alatt egy külső elektromos tér ellentétes irányban, hogy a mozgás az elektronok a vezetési sávban. Ennél a koncentrációnál az elektronok és a lyukak azonosak, Ne = nd = N. és a teljes j áramsűrűség miatt a mozgás az elektronok és a lyukak

ue - mobilitása vezetési elektronok,

Ud - lyuk mobilitást.

Ahhoz, hogy megállapítsuk, milyen viszonyban # 963; T, meg kell tudni, hogy a függőség n. UE és Ud T.

A koncentráció a vezetési elektronok a félvezető hőmérsékleten T arányos a valószínűsége, hogy a töltési szint a vezetési sávban E, amely képlettel definiált

azaz, ha az A - állandó.

Tegyük fel, E, mint az alsó határ a vezetési sáv, amely átmegy az elektron a felső határ a vegyérték sáv Ev

Ebből következik, hogy

a # 916; Pl >> kT ,. és ezért a vezetési elektronsűrűség

A függőség a mobilitása töltéshordozók (elektronok és lyukak) miatt a hőmérséklet szóródási elektronok által ütközés az atomok (ionok) a kristályrács (reagáltatva atomok változás sebessége az elektronok, mind nagyság és irány). A növekvő hőmérsékletű termikus félvezető kaotikus mozgás a atomok válik intenzív szórás növekszik, a mobilitás a hordozók u = / E (ahol - az átlagos sebessége elektronok irányított mozgás) csökken.

Empirikusan alapuló tanulmányt a Hall-, azt találtuk, hogy a hőmérséklet T≥Ts (Tc - hőmérséklet belső vezetési) hőmérséklet-függése a mobilszolgáltatókat formájában atomi félvezetők u

T -3/2. ionos - u

Így, nyilvánvalóvá válik meghatározó szerepet n (T) szempontjából a hőmérsékletfüggése, ha összehasonlítjuk a hőmérsékletfüggését N (T) és U (T), hogy a vezetőképesség

3. A szennyező félvezetők T<Тс проводимость обусловлена преимущественно наличием примесей (донорных или акцепторных); при Т≥Тс появляется собственная проводимость.

A vezetőképesség egy ilyen félvezető által leírt kifejezések:

Az első kifejezés a kifejezés # 963; - egy összetevő a belső vezetési, a második - a szennyező. Ebben a kifejezésben, # 916; Pl - energiája disszociáció (ionizáció) - bandgap, # 916; E1 és # 916; E2 - aktiválási energia. A donor szennyeződések - a szükséges energiát az átmenetet a donor szintjén, hogy az alsó szinten a vezetési sáv (# 916 ;. E1 ábra6) az akceptor félvezetők - a szükséges energiát az átmenet egy elektront a felső szinten a vegyérték sáv (# 916; E2. ris.6b).

A szennyező félvezetők kellően magas hőmérsékleten egy megfelelő vezetőképesség, és az alacsony - szennyező.