Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бонч-Бруевич В.Л. -> "Физика полупроводников " -> 16

Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.

Бонч-Бруевич В.Л. , Калашников С.Г. Физика полупроводников — Москва, 1977. — 678 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikov1977.djvu
Предыдущая << 1 .. 10 11 12 13 14 15 < 16 > 17 18 19 20 21 22 .. 295 >> Следующая


Кривые рис. 1.9 и рис. 1.10 также показывают, что при больших концентрациях мышьяка завйсимость R и п от температуры ослабляется. При концентрациях, больших ~ 1017 см-3,

они вообще перестают зависеть от температуры и электропроводность приобретает металлический характер. Отсюда следует, что при больших концентрациях примеси энергия ионизации примесных атомов обращается в нуль. Причина этого будет рассмотрена в § IV.7.

Аналогичные зависимости наблюдаются в дырочных полупроводниках, например в германии, содержащем какой-либо акцептор III группы периодической системы.

Юг

10'

[ - ?
NT
зN

: \
I \
ч
1 1 ¦ _ 1 N I_
_j_
ЦОв. 0,1

1/г}к.

Рис. 1.10. Зависимость концентрации электронов от температуры для кристаллов германия с примесью шьяка.

мы-
НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

39

В § 4 мы отмечали, что в случае смешанной проводимости постоянная Холла может обращаться в нуль при некотором определенном соотношении между концентрациями положительных и отрицательных частиц. Это действительно наблюдается на опыте. На рис. 1.11 показана зависимость постоянной Холла от температуры для сурьмянистого индия InSb *). В области примесной проводимости концентрация электронов мала по сравнению с концентрацией дырок и согласно формуле (4.7а) R> 0.

Но при повышении температуры п увеличивается и при nb2 — р постоянная Холла обращается в нуль.

При дальнейшем повышении температуры концентрация электронов увеличивается еще больше и постоянная Холла изменяет знак. В кристаллах сурьмянистого индия Ь> 1 и велико (~ 100), и поэтому изменение знака R наблюдается в материале р-типа, и притом особенно отчетливо. Если бы подвижность электронов была меньше подвижности дырок (Ь < 1), то инверсия знака R происходила бы в материале п-типа.

Приведенные результаты показывают, что в полупроводниках наблюдается характерная температурная зависимость концентрации подвижных заряженных частиц, отличающая их от металлов. В металлах концентрация электронов проводимости практически не зависит от температуры. Напротив, в типичных полупроводниках всегда имеется такая область температур (область собственной проводимости), где концентрация подвижных частиц щ существенно зависит от температуры и притом увеличивается при нагревании,

*) Кривые взяты из книги: У. Данлэп, Введение в физику полупроводников, ИЛ, 1959.

1000 500 300 200 150 Т,К

I"' ‘ I ‘----------1—'----------------------------1-1-1

¦103/т,к

Рис. 1.11. Зависимость постоянной Холла от температуры для кристаллов сурьмянистого индия. lt 2, 3j 4—р-тип; А% В —• п-тип.
40

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ |ГЛ. 1

в. Запрещенная энергетическая зона. Наличие определенной энергии ионизации в идеальном беспримесном полупроводнике можно изобразить с помощью энергетической диаграммы рис. 1.12, где по вертикали снизу вверх отложены значения полной энергии элект-.ронов в кристалле. Нижняя заштрихованная полоса, или зона энергий, содержит различные уровни энергии валентных электронов, связанных с решеткой и не участвующих в электропроводности. Наивысшая возможная энергия связанных электронов изображается верхним краем этой «валентной» зоны Ev. Верхняя зона («зона проводимости») содержит различные возможные значения энергии отщепленных электронов* или электронов проводимости, обусловливающих электропроводность. Наинизшее значение их полной энергии изображается нижним краем зоны проводимости Ес.

Тогда наименьшая энергия отщепления электрона от решетки, или энергия ионизации, изобразится расстоянием между краями зон Eg = Ес — Промежуточные значения энергии, лежащие меж-

ду Ес и Ev, не соответствуют никаким возможным стационарным движениям электрона («запрещенная» зона энергий). В металлах энергия ионизаций равна нулю, и поэтому Eg = 0.

Существование энергетических зон, введенных нами здесь только в связи с энергией ионизации, обосновывается теоретически при решении квантовомеханической задачи выдвижении электронов в. периодическом поле кристалла (гл. III). Однако этц представления по-

лезно ввести уже сейчас для истолкования экспериментальных фактов.

Температурная зависимость концентрации электронов в области собственной проводимости и; позволяет определить ширину запрещенной зоны Eg.

Поясним это сначала простыми, хотя и нестрогими рассуждениями. Предположим, что электроны в кристалле подчиняются статистике Больцмана (что имеет' место при достаточно высоких температурах). Обозначим, далее, . число возможных состояний электрона в зоне проводимости (пока нам неизвестное) через Nc. Тогда число незанятых состояний в зоне проводимости. будет (Nc — щ), а число вакансий в валентной зоне — щ. Число электронов проводимости, возникающих в единице объема и в единицу времени вследствие тепловой ионизации, должно быть пропорционально (Ne — п{) и больцмановскому фактору exp (—Eg/kT). С другой стороны, частота обратных процессов — переходов электронов проводимости в связанное состояние — должна быть пропорциональна наличной концентрации электронов щ и числу
Предыдущая << 1 .. 10 11 12 13 14 15 < 16 > 17 18 19 20 21 22 .. 295 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed