04 | 12 | 2020
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 4024
Просмотры материалов : 11774563

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Mail.Ru]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 29 гостей
  • 3 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Последние новости
Электроны и `` дыры'' PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
28.06.2012 17:16

Электроны и `` дыры''

Нам нужна ваша помощь! Эта страница требует корректуры - Если вы заметите какие-либо ошибки, пожалуйста, напишите на наш форум

Чистые полупроводники являются относительно хорошими изоляторами по сравнению с металлами, хотя и не так хороша, как истинный изолятор, как стекло. Чтобы быть полезным в полупроводниковых приложений, собственного полупроводника (чистый нелегированный полупроводник), должны иметь не более одного атома примеси в 10 миллиардов атомов полупроводника. Это похоже на зерно соли примеси в железнодорожных вагона сахара. Нечистая, грязная или полупроводников, значительно более проводящие, хотя и не так хорошо, как металлы. Почему это могло быть? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны смотреть на электронную структуру таких материалов на рисунке ниже .

Рисунок ниже (а) показаны четыре электрона в валентной оболочке полупроводника образовывать ковалентные связи с четырьмя другими атомами. Это плоский, легче рисовать, версия Рисунок выше . Все электроны атома связано в четырех ковалентных связей, пары общих электронов. Электроны не могут свободно перемещаться по кристаллической решетке. Таким образом, внутренняя, чисто, полупроводники являются относительно хорошими изоляторами по сравнению с металлами.

(А) собственный полупроводник является диэлектриком с полной электронной оболочки. (Б) Тем не менее, тепловая энергия может создать несколько электронных пар отверстий в результате слабой проводимости.

Тепловая энергия может иногда освобождения электронов из кристаллической решетки как показано на рисунке выше (б). Этот электрон является бесплатным для проводимости о кристаллической решетки. Когда электрон был освобожден, он оставил пустое место с положительным зарядом в кристаллической решетке известной как дыра. Это отверстие не прикреплены к решетке, но, может свободно двигаться. Свободных электронов и дырок, как вклад в проводимость о кристаллической решетки. Это означает, что электрон является свободной, пока она попадает в яму. Это называется рекомбинацией. Если внешнее электрическое поле, приложенное к полупроводнику, электроны и дырки будут проводить в противоположных направлениях. Повышение температуры приведет к увеличению числа электронов и дырок, уменьшая сопротивление. Это противоположно металлов, где сопротивление возрастает с температурой за счет увеличения столкновений электронов с кристаллической решеткой. Число электронов и дырок в собственном полупроводнике равны. Однако, как носители не обязательно двигаться с той же скоростью, с применением внешнего поля. Другой способ это о том, что мобильность не является одинаковой для электронов и дырок.

Чистые полупроводники, сами по себе, не особенно полезны. Хотя, полупроводники должны быть уточнены с высоким уровнем чистоты в качестве отправной точки до того конкретных примесей.

Полупроводниковые материалы чистой на 1 часть на 10 млрд., могут иметь определенные примеси добавляют примерно 1 часть на 10 миллионов увеличить количество перевозчиков. Помимо нужного примесей в полупроводник известен как допинг. Допинг повышает полупроводника так, чтобы она больше сравнимо с металлом, чем изолятор.

Это позволило увеличить число отрицательных носителей заряда в кристаллической решетке полупроводника легирование донор электронов, как фосфор. Доноров электронов, также известный как N-типа примеси включают в себя элементы из группы VA периодической таблицы: азот, фосфор, мышьяк и сурьма. Азот и фосфор являются N-типа примеси для алмаза. Фосфор, мышьяк, сурьма и используется с кремнием.

Кристаллической решетки на рисунке ниже (б) содержит атомы, имеющие четырех электронов во внешней оболочке, образуя четыре ковалентные связи с соседними атомами. Это ожидаемое кристаллической решетки. Добавление атом фосфора, с пятью электронами на внешней оболочке вводит дополнительный электрон в решетке по сравнению с атомом кремния. Пятивалентной примеси образует четыре ковалентные связи с четырьмя атомами кремния с четырьмя из пяти электронов, установки в решетку с одним электроном в запасе. Отметим, что это запасной электрон не сильно связаны с решетки электроны нормальных атомов Si есть. Это свободно передвигаться по кристаллическую решетку, не связанного с сайта решетки фосфора. Так как мы легированного в одной части фосфора в 10 млн. атомов кремния, несколько свободных электронов были созданы по сравнению с многочисленными атомами кремния. Тем не менее, многие электроны были созданы по сравнению с меньшим пары электрон-дырка в собственном кремнии. Применение внешнего электрического поля производит сильное проводимости в легированных полупроводниковых в зоне проводимости (выше валентной зоны). Тяжелее уровень легирования производит сильное проводимости. Таким образом, плохо проводящих собственный полупроводник был превращен в хороший проводник электричества.

() Внешняя конфигурации электронной оболочки доноров N-типа фосфора, кремния (для справки), и акцепторных P-типа бора. (Б) N-типа донорной примеси создают свободных электронов (с) р-типа акцепторной примеси создает дыру, положительный носителей заряда.

Кроме того, можно ввести примеси не хватает электрона по сравнению с кремнием, имеющая трех электронов в валентной оболочке по сравнению с четырьмя для кремния. На рисунке выше (с), это оставляет пустое место известно как дырка, положительный носителей заряда. Атома бора пытается связи с четырьмя атомами кремния, но только три электрона в валентной зоне. В попытке образуют четыре ковалентные связи трех электроны движутся вокруг, пытаясь сформировать четыре облигаций. Это делает отверстия движутся. Кроме того, трехвалентный атом может занимать электрон из соседних (или более отдаленном) атомов кремния, образуя четыре ковалентные связи. Однако, это оставляет атом кремния недостаточно одного электрона. Другими словами, отверстие переехал в соседний (или более отдаленной) атомов кремния. Отверстия располагаются в валентной зоне, ниже уровня в зону проводимости. Допинг с акцептором электронов, атомов, которые могут принять электрон, создает дефицит электронов, так же, как избыток дырок. Так как отверстия носители положительного заряда, примеси акцептором электронов также известен как P-типа примеси. P-типа примеси покидает полупроводник с избытком дырок, носители положительного заряда. P-типа элементов IIIA группы периодической таблицы включают в себя: бора, алюминия, галлия и индия. Бор используется как P-типа легирующей примеси кремния и алмаза полупроводников, в то время как индия используются с германием.

"Мрамор в трубе" аналогии с электронной проводимостью на рисунке ниже, относится движение отверстий с движением электронов. Мрамора представляют электроны в проводнике, трубы. Движение электронов слева направо, как в полупроводниковой проволоки или N-типа объясняется электронного ввода трубы в левом заставляя выхода электрона на право. Проведение N-типа электроны встреченные в зону проводимости. Сравните это с движением дырки в валентной зоне.

Мраморная в трубке аналогии: (а) Электроны движутся прямо в зону проводимости, электроны входят трубки. (Б) отверстие сдвигается вправо в валентной зоне, как электроны движутся слева.

Для отверстия для ввода в левой части рисунка выше (б), электрон должен быть удален. При перемещении отверстие слева направо, электрон должен перемещаться справа налево. Первый электронный выбрасывается из левого конца трубки так, чтобы отверстие может двигаться вправо в трубку. Электрон движется в противоположном направлении положительного отверстие. Как дырка движется дальше вправо, электроны должны двигаться влево для размещения отверстия. Отверстие является отсутствие электрона в валентной зоне в связи с P-типа допинга. Она имеет локализованный положительный заряд. Чтобы переместить отверстие в данном направлении, валентные электроны движутся в противоположном направлении.

Поток электронов в N-типа похож на электроны, движущиеся в металлической проволоки. N-типа примесных атомов даст электронов для проводимости. Эти электроны, из-за примеси известны как большинство перевозчиков, поскольку они в большинстве по сравнению с очень мало тепловой дыры. Если электрическое поле через N-типа бар на рисунке ниже (а), электроны попадают в отрицательной (левый) конец бара, проходят кристаллической решетки, и выйти на право (+) клеммы аккумулятора.

(А) N-типа полупроводника электроны, движущиеся слева направо через кристаллическую решетку. (Б)-типа с отверстиями перемещение слева направо, что соответствует электронов, движущихся в противоположном направлении.

Текущий расход в P-типа немного более трудно объяснить. P-типа примеси, акцептором электронов, локализованных областей дает положительный заряд известный как отверстия. Большинство носителей в полупроводнике р-типа это отверстие. Хотя дыры образуются на трехвалентный атом примеси сайтов, они могут перемещаться по полупроводниковым бар. Обратите внимание, что батарея на рисунке выше (б) в порядке, обратном (а). Положительный вывод батареи подключается к левой части Р-типа бара. Электронная поток из минусовую клемму аккумулятора, через P-типа бара, возвращаясь к положительному выводу батареи. Электрона из положительных (слева) конца полупроводниковых бар для положительного вывода батареи оставляет отверстие в полу, которые могут двигаться вправо. Отверстия проходят кристаллической решетки слева направо. При отрицательном конце бара электрон от батареи в сочетании с отверстием, нейтрализуя его. Это оставляет место для другого отверстия двигаться в на положительный конец полосы вправо. Имейте в виду, что дырки движутся слева направо, что это на самом деле электроны, движущиеся в противоположном направлении, которое отвечает за движение apparant отверстие.

Элементы, используемые для изготовления полупроводников приведены на рисунке ниже . Старейшая группа IVA объем полупроводникового материала германия используется только в ограниченной степени и сегодня. На основе кремния полупроводников приходится около 90% промышленного производства всего полупроводников. Алмазные полупроводники на основе научно-исследовательской деятельности со значительным потенциалом в это время. Соединения полупроводников, не перечисленных включают кремний-германий (тонких слоев на пластинах Si), карбид кремния и III-V соединений, таких как арсенид галлия. III-VI полупроводники соединения включают в себя: AlN, GaN, InN, ALP, увы, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, Al х Ga 1-х, как и в х Ga 1-х As. Колонны II и VI периодической таблице, не показанные на рисунке, также образуют соединения полупроводников.

Группа IIIA P-типа примесей, группа IV основных полупроводниковых материалов, а также группы В. А. N-типа примесей.

Основной причиной для включения IIIA и VA групп на рисунке выше , чтобы показать примесей используются с полупроводниками группы IVA. Группа элементов IIIA акцепторов, P-типа примесей, которые принимают электроны, оставляя отверстие в кристаллической решетке, положительный перевозчика. Бор P-типа легирующей примеси для алмаза, а также наиболее распространенные примеси для кремниевых полупроводников. Индия является P-типа легирующей примеси в германии.

Группа А. элементы являются донорами, N-типа примесей, что дает свободный электрон. Азот и фосфор являются подходящими N-типа примеси для алмаза. Фосфора и мышьяка являются наиболее часто используемых N-типа примеси кремния, хотя, сурьма может быть использован.

  • ОБЗОР:
  • Внутренняя полупроводниковых материалов, чистых и 1 часть в 10 миллиардов долларов, являются плохими проводниками.
  • N-типа полупроводника, легированного примесью пятивалентного создавать свободные электроны. Такой материал является проводящим. Электронов большинства носителей.
  • P-типа, легированного трехвалентных примесей, имеет множество свободных дырок. Эти носители положительного заряда. P-типа материала проводящим. Отверстие большинства носителей.
  • Большинство полупроводников на основе элементов группы IVA периодической таблицы, кремний является наиболее распространенным. Германий, но все устаревшие. Углерода (алмаза) в настоящее время разрабатывается.
  • Соединения полупроводников, таких как карбид кремния (группа IVA) и арсенид галлия (группы III-V) широко используются.
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья