Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
б) специфическое коллективное взаимодействие частиц плазмы, осуществляющееся через усредненные электрические и магнитные поля, которые создают сами эти частицы;
в) благодаря коллективным взаимодействиям плазма ведет себя как своеобразная упругая среда, в которой легко возбуждаются и распространяются различного рода колебания и волны;
г) во внешнем магнитном поле плазма ведет себя как диамагнитная среда;
д) удельная электрическая проводимость о полностью ионизованной плазмы не зависит от плотности плазмы и увеличивается с ростом термодинамической температуры T пропорционально T3/2 и при T > IO7 К столь велика, что плазму можно приближенно считать идеальным проводником (о —* 00).
Движение плазмы в магнитном поле используется в методе прямого преобразования внутренней энергии ионизованного газа в электрическую, которое осуществляется в магнитогидродинамическом генераторе (МГД-генераторе).
10°. Плазма — наиболее распространенное состояние вещества во Вселенной. Солнце и другие звезды состоят из полностью ионизованной высокотемпературной плазмы. Основной источник энергии излучения звезд — термоядерные реакции синтеза, протекающие в недрах звезд при огромных значениях температуры порядка IO7—IO8 К. Холодные туманности и межзвездная среда также находятся в плазменном состоянии. Они представляют собой низкотемпературную плазму, ионизация которой происходит главным образом под действием ультрафиолетового излучения звезд. В околоземном пространстве слабоионизованная плазма находится в радиационных поясах в ионосфере Земли. С процессами, происходящими в этой плазме, связаны такие процессы как магнитные бури, полярные сияния, нарушения дальней радиосвязи.
IV 4.1. СОБСТВЕННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 4X9
Низкотемпературная газоразрядная плазма, образующаяся при тлеющем, искровом дуговом разрядах в газах, широко используется в различных источниках света, газовых лазерах, во многих технологических процессах.
Глава 4
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
1. СОБСТВЕННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
1°. Полупроводники — широкий класс веществ, удельная электропроводность которых лежит в пределах (IO6—IO8) Ом-1 • м-1 (при T = 300 К) и очень сильно возрастает при увеличении температуры, а также изменяется при освещении, деформации и введении сравнительно небольшого количества примеси.
Полупроводниковым свойством обладают в кристаллическом состоянии такие элементы как кремний, германий, селен, теллур, углерод (алмаз) и др.; некоторые соединения типа A111Bv (содержат элементы III и V групп Периодической системы Менделеева — InSb, InAs, InP, GaSb, GaAs, GaP); соединения элементов группы VI (О, S, Se, Te) с некоторыми элементами I—V групп, а также с редкоземельными и переходными металлами; некоторые тройные соединения типа A111BvCv; карбид кремния (SiC); некоторые стеклообразные материалы.
2°. Химически чистый полупроводник с идеально правильной кристаллической решеткой называют собственным или беспримесным полупроводником, а его способность проводить электрический IY ток — собственной проводимостью. Согласно зонной теории твердых тел собственная проводимость полупроводника •¦вязана с тем, что в результате теплового возбуждения часть ¦лектронов перебрасывается из валентной зоны (ВЗ) в зону проводимости (ЗП) (рис. IV.4.1;
420
IV.4 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
W — энергия электрона в полупроводнике). Эти электроны называют электронами проводимости; под действием внешнего электрического поля напряженности E они приходят в полупроводнике в упорядоченное движение — дрейф, образуя электрический ток. Электроны, оставшиеся в валентной зоне, тоже участвуют в образовании электрического тока, переходя под действием поля E на освободившиеся энергетические уровни вблизи «потолка» валентной зоны. Эффективная масса этих электронов т* ' О, а их движение в полупроводнике под действием внешнего поля E можно рассматривать как движение положительно заряженных носителей заряда, называемых дырками.
Концентрация р дырок в собственном полупроводнике равна концентрации п электронов проводимости (р — тг). Собственный и примесный полупроводники называют невырожденными, если концентрацияр дырок во много раз меньше числа возможных различных квантовых состояний этих носителей заряда, соответственно в зоне проводимости и валентной зоне полупроводника.
3°. Удельная электрическая проводимость собственного полупроводника
о = е(ип + ир)п,
где ип = и и = — подвижности электронов
E ^E
проводимости и дырок, (Vn) и (Vp) — средние скорости их дрейфа в поле напряженностью Е, е — элементарный заряд.
4°. Подвижности ип и ир определяются рассеянием электронов проводимости и дырок на тепловых колебаниях кристаллической решетки полупроводника («рассеяние на фононах ») и зависят от температуры и эффективных масс этих носителей заряда:
ип~ (тп у5/2 Т~3/2 и Up ~ (т*р )-5/2 Т~3/2.
Вследствие различия значений т*п и т* эффективных масс электронов у дна зоны проводимости и дырок у верхнего края валентной зоны подвижности электронов и дырок не одинаковы. Например, для кремния (при T =