Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Электротехника -> Фалькевич Э.С. -> "Технология полупроводникового кремния" -> 41

Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.

Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О., Червоный И.Ф. Технология полупроводникового кремния — М.: Металлургия, 1992. — 408 c.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка): tehpolkremniya1992.djvu
Предыдущая << 1 .. 35 36 37 38 39 40 < 41 > 42 43 44 45 46 47 .. 162 >> Следующая


Как уже отмечалось, связь между атомами в кристаллах кремния носиг ковалентный характер и осуществляется двумя коллективизированными валентными электронами (см. рис. 3, г), находящимися энергетически на наиболее низком для данной пары электронов квантовом уровне. При 0 К все валентные электроны участвуют в связях и поэтому электропроводность будет равна нулю.

При описании , электрической проводимости полупроводников вообще и кремния в частности удобно пользоваться понятием энергетических зон, связанных с энергетическим состоянием электронов в кристалле. Зоны получили названия разрешенной зоны проводимости и запрещенной зоны.

Разрешенная зона представляет собой совокупность энергетических зон, возникающих при объединении атомов в кристалл и образующих сплошную полосу, внутри которой электроны могут занимать, любой уровень. В соответствии с принципом Паули на одном энергетическом уровне может находиться не более двух электронов одновременно.

Разрешенная зона, образованная энергетическими уровнями валентных (осуществляющих химическую связь) электронов, называется валентной зоной.

Выше валентной зоны III (рис. 38, о) располагается зона проводимости I, Если электрон имеет энергию, соответствующую этой зоне, он будет участвовать в электрической проводимости.

Валентная зона и зона проводимости разделяются запрещенной і зоной II, в которой электроны находиться не могут (см. рис. 38, о). Величина или ширина A Eg запрещенной зоны является одним из важ-96
Ряс. 38. Энергетические зоны в полупроводнике (а) и схема образования дырки в валентной зоне III при переходе электрона в зону проводимости 1 (б); AEg — ширина запрещенной зоны II; Ec и Ey- минимальное и максимальное значения энергии электрона в зоне проводимости и в валентной зоне соответственно

нейших параметров, характеризующих полупроводниковые свойства вещества. Как видно из данных, приведенных на с. 94, для кремния A Eg составляет 1,1 зВ.

При температуре T > О К за счет флуктуации теплового движения атомов часть электронов получит дополнительную энергию, достаточную для разрыва ковалентной связи и перехода в зону проводимости (т.е. дополнительная энергия должна быть больше ширины запрещенной зоны).

При приложении электрического поля к кристаллу электроны, перешедшие из валентной зоны, начинают перемещаться - возникает электрический ток. Так как из валентной зоны часть электронов перешла в зону проводимости, то валентная зона уже оказывается не полностью занятой. В связи с этим при приложении к кристаллу электрического поля в ней тоже станет возможным перемещение электронов.

Следовательно, прохождение электрического тока через полупроводниковый кристалл обусловливается одновременным перемещением электронов и в зоне проводимости, и в валентной зоне. Перемещение электрона (см. рис. 38, б) к потолку валентной зоны приводит к фактическому движению заряда с положительным знаком на то место, где только что находился электрон. Во избежание трудностей при описании такого движения было введено понятие дырки, перемещение которой в электрическом поле происходит в противоположном направлении по сравнению с электроном. Дырки с меньшей энергией располагаются у потолка валентной зоны и увеличивают свою энергию, перемещаясь по шкале энергий в глубь валентной зоны, т.е. для дырок и электронов отсчет энергий идет в противоположных направлениях.

Полупроводники, в которых переход электронов в зону проводимости происходит за счет разрыва собственных ковалентных связей, называются собственными полупроводниками, а электрическая проводимость в таких полупроводниках называется собственной. Так как при разрыве ковалентной связи одновременно с попаданием электрона в зону проводимости образуется дырка, собственная электропроводность должна состоять из дырочной и электронной компонент.

4-214 97
Рис. 39. Образование избыточного электрона при замещении атома кремния атомом фосфора

Валентные электроны от атома к атому могут также двигаться по мостикам связи. Этим, вероятно, и определяется наличие электронной проводимости у полупроводников данного типа.

В реальном кристалле всегда содержится значительное количество структурных дефектов, включая атомы примесей. Возникновение дефекта приводит к перераспределению электронов в облаке, которое обеспечивает силу связи и, естественно, искажает атомную решетку не только в самом уэле, но и в ближайшем окружении. Дефекты, способные отдавать электроны в зону проводимости, называются донорами, а электрическая проводимость полупроводника, обусловленная перемещением только одних электронов в зоне проводимости, называется электронной (п-типа).

Когда же дефекты захватывают электроны из валентной зоны, то их называют акцепторами, а полупроводники, содержащие акцепторы, называются дырочными или полупроводниками p-типа. В элементарной ячейке кристаллической решетки кремния при попадании атома примеси замещения, например пятивалентного фосфора или трехвалентного бора, происходит перераспределение валентных электронов из атомных оболочек (рис. 39). Если попадание атома фосфора приводит к тому, что число валентных электронов больше, чем это необходимо для заполнения связей между атомами, то избыточные электроны оказываются слабо связанными с атомами, и поэтому данная примесь поставляет в зону проводимости электрон. Эта примесь называется донор-ной. При попадании атома трехвалентного бора в решетку четырехвалентного кремния связи между атомами окажутся незаполненными (вакантными), в этом случае примесь является источником дырки (акцепторная примесь).' Электропроводность полупроводника, создаваемая за счет атомов примеси, называется примесной. Примеси замещения, каждый атом которых создает в полупроводнике один носитель заряда, называются мелкими или водородоподобными примесями. Их действие подчиняется правилу валентности. Если разность валентностей замещающего атома и атома кремния положительна, примесь проявляет донорные свойства, отрицательна - акцепторные. Уровни, которые
Предыдущая << 1 .. 35 36 37 38 39 40 < 41 > 42 43 44 45 46 47 .. 162 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed