Количественный анализ полупроводников и полупроводниковых приборов базируется на зонной теории твердого тела.
Зонная структура. Твердое тело представляет собой множество атомов, сильно взаимодействующих друг с другом благодаря малым межатомным расстояниям. Поэтому вместо совокупности дискретных энергетических уровней, свойственных отдельному атому» твердое тело характеризуется совокупностью энергетических зон.
Верхняя разрешенная зона называется зоной проводимости, нижняя - валентной зоной. В полупроводниках и диэлектриках они разделены запрещенной зоной. Отличие диэлектриков от полупроводников состоит главным образом в значительно большей ширине запрещенной зоны. При нулевой абсолютной температуре валентная зона всегда полностью заполнена электронами, тогда как зона проводимости либо заполнена только в нижней части, либо полностью пуста. Первый случай свойствен металлам, второй - полупроводникам и диэлектрикам.
При температуре, отличной от абсолютного нуля, ситуация несколько изменяется.
Энергетические диаграммы на рисунке 1.7 построены для энергии электрона. Когда энергия электрона увеличивается, электрон занимает более высокое положение в зонной диаграмме. Если же говорить об увеличении энергии дырки, то это будет соответствовать, очевидно, продвижению дырки вглубь валентной зоны. Энергия электрона и дырки измеряется в электрон-вольтах (эВ).
Ширина запрещенной зоны равна:
, (1.1)
где и - соответственно энергетические уровни для зоны проводимости и потолка валентной зоны.
а - металл; б - диэлектрик; в - собственный полупроводник;
I - зона проводимости; II - валентная зона; III - запрещенная зона
Рисунок 1.7 - Зонные диаграммы металла, диэлектрика и полупроводника
На рисунке 1.8 показаны основные параметры зонных диаграмм полупроводников для температуры, отличной от абсолютного нуля. Ширина запрещенной зоны зависит от температуры:
(1.2)
где - ширина зоны при Т=0;
Т - абсолютная температура;
- температурная чувствительность.
Для кремния = 3 10-4 В/С, а при комнатной температуре = 1,11В.
Энергию, соответствующую середине зоны, называют электростатическим потенциалом.
(1.3)
а - собственного; б - электронного; в - дырочного полупроводников
Рисунок 1.8 - Значение энергий в зонной диаграмме
Проектирование двухполупериодного выпрямителя и Г-образного индуктивно-емкостного фильтра
Электроника
это наука, которая охватывает не только технику слабых токов, но технику
сильных токов, обычно относящихся к электротехнике, поскольку она опер ...
Утечка речевой информации по волоконно-оптическим линиям
На смену медным проводам постепенно приходят волоконно-оптические линии
связи. Они обеспечивают большую пропускную способность, они долговечнее.
Однако, ...
Исследование и расчет двухполюсников и четырехполюсников
В соответствии с заданием сопротивления ДП, входящих в
исследуемый ЧП, имеют следующий вид, Ом:
Z1(p) = , (1.1)
Z2(p) = , ...