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
Источник питания охранного устройства
В настоящее время существует множество систем, предназначенных для
осуществления охраны и безопасности объектов. С развитием науки и техники
у ...
Цифровой КИХ-фильтр для частотной селекции измерительных сигналов
Цифровой фильтр (ЦФ) - устройство, пропускающее, либо подавляющее заданные в цифровой форме сигналы в определенной полосе частот. В отличие от аналоговых фильтров, у кото ...
Функционально-логическое проектирование цифрового узла заданного типа в заданном базисе и проверка его функционирования при различных наборах воздействующих сигналов
Цель
работы: синтезировать цифровой узел заданного
типа в заданном базисе и проверить его функционирование при различных наборах
воздействующих сигналов.
...