Эффект поля в микроэлектронике - Курсовая работа

Эффектом поля в полупроводниках называется модуляция поверхностной электропроводности полупроводника внешним электрическим полем.Физика полупроводниковых устройств, естественно, определяется физическими свойствами самих полупроводниковых материалов.Такие изменения удельной электропроводности металлов с понижением температуры возможны лишь потому, что независимо от температуры в металле всегда имеются свободные носители заряда - электроны. У полупроводников, наоборот, удельная электропроводность уменьшается при понижении температуры, а по мере приближения температуры к абсолютному нулю полупроводники по своим свойствам приближаются к диэлектрикам. Опыт показывает, что появление свободных носителей заряда в полупроводнике имеет также место при освещении, облучении ядерными частицами, при наложении на полупроводник электрического поля, при изменении внешнего давления. Следовательно, полупроводники - это такие вещества, которые при комнатной температуре имеют удельную электропроводность в интервале от 10-10 до 104 Ом-1·см-1, зависящую в сильной степени от структуры вещества, вида и количества примеси и от внешних условий: температуры, давления, освещения, облучения ядерными частицами, электрического и магнитного полей. Согласно этому определению между полупроводниками и диэлектриками не существует принципиального качественного различия, ибо они обладают электропроводностью только вследствие теплового возбуждения носителей заряда.Они связаны с тем, что электроны являются заряженными частицами и при своем движении по твердому телу встречаются с другими электронами. Но так как между электронами действуют электрические силы отталкивания, то движение электрона оказывается зависимым от движения окружающих его электронов. Поэтому для определения стационарных состояний и энергетического спектра совокупности большого числа атомных ядер и электронов в кристалле нужно решить уравнение Шредингера: HФ=ЕФ (12) где Н - гамильтониан кристалла; Ф - собственная волновая функция гамильтониана; E энергия кристалла. Его идея заключается в том, что энергия попарного взаимодействия электронов заменяется взаимодействием каждого электрона с усредненным полем всех остальных электронов. Потенциальная энергия электрона в этом поле зависит не только от движения всех остальных электронов, но и зависит и от движения данного электрона, так как его движение оказывает влияние на движение остальных электронов.Для кристалла с простой кубической решеткой первая зона Бриллюэна представляет собой куб объемом Поскольку объем первой зоны Бриллюэна для кристалла с простой кубической решеткой равен (h/а)3, а объем элементарной ячейки h3/a3N, то число элементарных ячеек в ней составляет N, т. е. равно количеству энергетических состояний в зоне. Но в энергетической зоне может располагаться 2N электронов, следовательно, и в первой зоне Бриллюэна может быть 2N электронов, а в ее каждой ячейке может находиться только два электрона с противоположно направленными спинами. В металлах зона заполнена электронами либо частично, либо в валентной зоне все возможные электронные состояния заняты, но эта зона перекрывается со свободной, не занятой электронами. Наличие свободных незанятых состояний в зоне дает возможность электронам двигаться в ней под действием внешнего поля и переносить электрический заряд.Если вероятность заполнения состояний с энергией Е равна f(E,T), то число электронов dn, находящихся в состояниях DZ, составит величину Для сложной зоны проводимости и валентной зоны, как не трудно показать, можно получить подобные выражения, если ввести так называемую эффективную массу плотности состояний для электронов и для дырок следующим образом Это означает, что все квантовые состояния с энергией, меньшей энергии Ферми, заняты электронами, а уровни, лежащие выше уровня Ферми, полностью свободны, не заняты электронами. Вероятность того, что при тепловом равновесии в состоянии с энергией Е электрон отсутствует, т.е. оно занято дыркой, будет равна: (70) Для электронов, находящихся в состояниях с энергией , выражение для f0 принимает вид: (71) т.е. совпадает с функцией распределения Максвелла - Больцмана для частиц, подчиняющихся классическим законам.При образовании контакта между полупроводниками с разным типом электропроводности в области р-п перехода будет существовать большой градиент концентрации электронов и дырок. В результате начнется диффузия электронов из п-области в р-область и дырок из р-области в п-область. Возникновение диффузионных потоков приведет к разделению зарядов, вследствие чего появится положительный объемный заряд в п-области, примыкающей к переходу, и отрицательный - в р-области около перехода (рис. Эти объемные заряды в области контакта создадут сильное электрическое поле, направленное от п-области к р-области и препятствующее движению электронов и дырок. Понижение потенциального барьера приведет к увеличению потока основных носителей заряда, так как большее число электронов из п-области будет переходить в р-область и большее число дырок

Оглавление

Введение

1. Основы физики полупроводников

1.1 Элементарные сведения о полупроводниках

1.2 Основы зонной теории полупроводников

1.3 Квазиимпульс и эффективная масса носителей заряда

1.4 Статистика электронов и дырок в полупроводниках

2. Контакт электронного и дырочного полупроводников

3. Структуры металл - диэлектрик - полупроводник

4. МДП-транзисторы

5. Энергонезависимые элементы памяти

Литература

Эффектом поля в полупроводниках называется модуляция поверхностной электропроводности полупроводника внешним электрическим полем. Для наблюдения эффекта поля необходимо создать внешнее поле, для чего используется структура металл - диэлектрик - полупроводник (МДП-структура). Для понимания процессов, происходящих в приповерхностной области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника, необходимо рассмотреть основные свойства полупроводников и свойства МДП-структур на их основе.