Температурная зависимость подвижности и проводимости носителей заряда. Характеристики основных электрофизических свойств полупроводников Ge и Si. Мелкие акцепторные и донорные уровни. Спектральный диапазон оптической прозрачности чистого кремния.
Аннотация к работе
Курсовая работа содержит: 27 страниц, 2 рисунка, 7 источников Суть данной работы заключается в изучении полупроводников. В ходе написания курсовой необходимо объяснить зависимость подвижности и проводимости носителей заряда от температуры, перечислить основные электрофизические свойства Ge и Si; определить, какие примесные элементы создают мелкие акцепторные и донорные урони в Ge и Si; определить, в каком спектральном диапазоне чистый кремний оптически прозрачен в нормальных условиях.Полупроводник - материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещенной зоны которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (ЭВ). К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.). Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий почти 30 % земной коры.Если в полупроводнике создано электрическое поле величины Е, то помимо хаотического появляется направленное перемещение носителей заряда, называемое дрейфом. Скорость дрейфа, vдр, - это скорость, направленная вдоль вектора напряженности электрического поля, усредненная по всем носителям заряда одного знака (электронами или дырками). Иначе говоря, подвижность носителей заряда - это скорость дрейфа, приобретаемая свободными носителями в электрическом поле напряженности Е=1 В/м. При нагреве полупроводника вследствие увеличения тепловой скорости электронов и уменьшения их времени взаимодействия с ионами, подвижность носителей заряда ми растет с температурой по закону ми~T3/2/Nи, где Nи - концентрация ионизированных примесей (доноров или акцепторов). С ростом напряженности электрического поля скорость дрейфа электронов возрастает ?приобретаемая электронами энергия увеличивается и начинает превышать потери при рассеянии, поскольку энергия возбуждаемых акустических фононов по-прежнему мала по сравнению с KT.В полупроводниках с атомной решеткой (а так же в ионных при повышенных температурах) подвижность меняется при изменении температуры сравнительно слабо (по степенному закону), а концентрация очень сильно (по экспоненциальному). В диапазоне температур, соответствующих истощению примесей, когда концентрация основных носителей заряда остается практически неизменной, температурные изменения удельной проводимости обусловлены температурной зависимостью подвижности. Снижение удельной проводимости в области низких температур связано, с одной стороны, с уменьшением концентрации носителей заряда, поставляемых примесными атомами (донорами или акцепторами), а с другой - уменьшением подвижности за счет усиливающегося рассеивания на ионизированных примесях. полупроводник электрофизический кремний Резкое возрастание удельной проводимости при повышенных температурах соответствует области собственной электропроводности, которая характеризуется равенством концентраций электронов и дырок. Чем больше концентрация доноров, тем больше электронов поставляется в зону проводимости при данной температуре, тем выше значение удельной проводимости.Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре составляет 1,12 ЭВ, а при Т = 0 К составляет 1,21 ЭВ. Концентрация собственных носителей заряда в кремнии при нормальных условиях составляет порядка 1,5·1010 см-3. Для получения кристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят атомы элементов III-й группы, таких, как бор, алюминий, галлий, индий. Для получения кристаллов кремния с электронной проводимостью в кремний вводят атомы элементов V-й группы, таких, как фосфор, мышьяк, сурьма. Изза меньшей диэлектрической проницаемости и большей эффективной массы носителей заряда энергия ионизации мелких доноров и акцепторов в кремнии существенно выше, чем в германии, и для большинства примесей составляет около 0,05 ЭВ.Германий относится к числу сильно рассеянных элементов, т.е. часто встречается в природе, но присутствует в различных минералах в очень небольшом количестве. Его содержание в земной коре примерно 0,0007%, что примерно равно природным запасам таких распространенных металлов, как олово и свинец, и существенно превышает количество серебра, кадмия, ртути, сурьмы и ряда других элементов. Германий обладает относительно высокой температурой плавления (936°C) и ничтожно малым давлением насыщенного пара при этой температуре. Даже в расплавленном состоянии германий практически не взаимодействует с графитом и кварцевым стеклом, что позволяет использовать их в качестве тигелей и лодочек при проведении металлургических процессов. Жидкий германий обладает способностью интенсивно поглощать водород, предельная растворимость которого в твердой фазе не превышает , причем водовод является электрически нейтральной примесью.
План
Содержание
Введение
1. Температурная зависимость подвижности и проводимости носителей заряда
1.1 Подвижность. Дрейф носителей заряда
1.2 Проводимость
2. Основные электрофизические свойства Ge и Si. Мелкие акцепторные и донорные уровни. Спектральный диапазон оптической прозрачности чистого кремния
2.1 Электрофизические свойства кремния. Акцепторные и донорные уровни
2.2 Электрофизические свойства германия. Акцепторные и донорные уровни