Жартылай өткізгіштердің зона құрылымы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Реферат
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Научная работа включает: 33 страниц, 18 иллюстраций и 3 использованных литературных источников.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Объектами данной работы является полупроводники. Цель работы: анализ применения полупроводников в науке и технике. В основной части работы даны методы исследования физики полупроводников, полученные результаты, основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики. На основе них сделаны соответствующие выводы. Представлена к рассмотрению программа нахождения параметров диодов и транзисторов. Анализ возможностей использования полупроводников показал, что полупроводники могут широко использоваться в различных электронных устройствах.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Мазмұны:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1. Жартылай өткізгіштердің физикасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.1 Жартылай өткізгіштердің зона құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.2 Терминология және негізгі ұғымдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.3 Жартылай өткізгіштердегі электрондар мен тесіктердің статистикасы ... ..6
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.4 Доңғалақтар мен тесіктердің концепциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...11
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.5 Ферми деңгейінің орналасуын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..12
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.6 Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .13
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.7 Жартылай өткізгіштердегі токтар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...14
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.8 Теңгерімсіз тасымалдаушылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 5
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.9 Үздіксіздік теңдеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2. Жартылай өткізгіш диодтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..18
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.1. p-n өтпесі негізіндегі идеалды диодтың сипаттамалары ... ... ... ... ..18
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.2. Диодтағы түзету ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.3. Сипаттамалық кедергі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...19
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.4. Диодтардың сипаттамаларына температураның әсері ... ... ... ... ... ..20
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3. Транзисторлар ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...21
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.1. Транзистордың жұмыс принципі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.2. Цептің элементі ретінде транзистордың параметрлері ... ... ... ... ... ..2 3
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.3. Транзисторлардың түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.4. Биполярлық транзисторлардың технологиялық түрлері ... ... ... ... ... .26
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
4. Диод пен транзистор параметрлерін есептеу бағдарламасы ... ... ... ... ... 27
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..32
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... 33
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Кіріспе
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Электроника - ғылым мен техниканың қарқынды дамып келе жатқан саласы. Ол түрлі электрондық құралдардың физикалық негіздерін және практикалық қолдануларын зерттейді. Физикалық электроникаға газдар мен өткізгіштердегі электрондық және иондық процестер, вакуум мен газ, қатты және сұйық денелер арасындағы шекаралардағы процестер жатады. Техникалық электроника электрондық құралдардың құрылымын және олардың қолдануын зерттейді. Электрондық құралдардың өндірістегі қолданылуына арналған сала өнеркәсіптік электроника деп аталады. Электроника мен радиотехниканың негізгі ұғымдарының бірі - жартылай өткізгіш ұғымы. Сондықтан бұл жұмыста біз осы ұғымның аясын қарастырамыз.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштер - бөлшектердің электр өткізгіштігі бөлме температурасында металдардың (10^6 - 10^4 Ом^-1 см^-1) және диэлектриктердің (10^-8 - 10^-12 Ом^-1) электр өткізгіштігі арасындағы аралық мәнге ие. Жартылай өткізгіштердің тән ерекшелігі - температураның жоғарылауымен электр өткізгіштігінің артуы; төмен температурада жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі төмен болады; оған жарық, күшті электрлік өріс, жылдам бөлшектер ағындары және т.б. әсер етеді. Электр өткізгіштігінің қоспалар мен кристалдардағы ақауларға жоғары сезімталдығы да жартылай өткізгіштерге тән. Жартылай өткізгіштерге үлкен топтағы заттар (Ge, Si және т.б.) жатады. Жартылай өткізгіштердегі заряд тасымалдаушылар - өткізгіштік электрондар мен тесіктер. Идеал кристалдарда олар әрқашан жұптармен пайда болады, сондықтан олардың концентрациялары тең. Реалды кристалдарда, құрамында қоспалар мен құрылым ақаулары бар, электрондар мен тесіктердің концентрациялары теңдік болмауы мүмкін және өткізгіштік негізінен тек бір типті тасымалдаушылар арқылы жүзеге асырылады (қараңыз: зона теориясы, қатты дене). Жартылай өткізгіштердің ерекшеліктері олардың қолданылуын анықтайды (қараңыз: жартылай өткізгіш құралдар). Барлық осы қасиеттер өткізгіштердің радиотехникада ең маңызды материалдардың бірі болуына мүмкіндік берді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1. Жартылай өткізгіштердің физикасы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.1. Жартылай өткізгіштердің зоналық құрылымы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
**Бора постулаттары бойынша** электрондардың энергетикалық деңгейлері изоляцияланған атомда дискретті мәндерге ие. Қатты дене - жеке атомдардың ансамблі, химиялық байланыс оларды кристалл торына біріктіреді. Егер қатты дене N атомынан тұрса, энергетикалық деңгейлер N-рет қайталанатын болады. Атом ядроларының электрлік өрісі бұзылу ретінде әрекет етіп, бұл қайталануды жояды. Қатты денені құрайтын атомдардың дискретті моноэнергетикалық деңгейлері энергетикалық зоналарға бөлінеді. Қатты денелердің энергетикалық зоналар құрылымын зерттегенде, күшті немесе әлсіз байланыс жақындатуында кванттық теңдеулердің шешімі бірдей сурет береді. Екі жағдайда да электрондар үшін рұқсат етілген және рұқсат етілмеген жағдайлар кезектесіп, рұқсат етілген зоналардағы электрондар саны атомдар санына тең болады, бұл рұқсат етілген зоналар ішінде энергетикалық деңгейлердің квазидискретті таралуы туралы айтуға мүмкіндік береді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Қатты денелердің электрондық қасиеттері үшін ең маңызды рөлді жоғарғы және одан кейінгі рұқсат етілген энергетикалық зоналар атқарады. Егер олардың арасында энергетикалық алшақтық болмаса, онда мұндай зона құрылымы бар қатты дене металл болып табылады. Егер осы зоналар арасындағы энергетикалық алшақтық (әдетте рұқсат етілмеген зона деп аталады) 3 эВ-тен артық болса, онда қатты дене диэлектрик болып табылады. Ал, егер рұқсат етілмеген зона ширинасы Eg (0,1 - 3,0) эВ диапазонында болса, онда қатты дене жартылай өткізгіштер классына жатады. Қатты денені құрайтын атомдардың түріне және валентті электрондардың орбиталарының конфигурациясына байланысты кристалл торының әртүрлі типтері жүзеге асырылады, сондықтан энергетикалық зоналардың құрылымы да өзгереді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштердегі жоғарғы, толық толтырылмаған энергетикалық зона өткізгіштік зона деп аталады. Одан кейінгі энергетикалық зона валентті зона деп аталады. Осы зоналар арасындағы рұқсат етілмеген жағдайлардың энергетикалық алшақтығы рұқсат етілмеген зона деп аталады. Зоналық диаграммаларда өткізгіштік зонаның түбі EC белгісімен, валентті зонаның шыңы EV белгісімен, ал рұқсат етілмеген зонаның ширинасы Eg белгісімен көрсетіледі.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштерде рұқсат етілмеген зонаның ширинасы кең диапазонда өзгеріп отырады, бұл олардың меншікті өткізгіштігін едәуір өзгертеді. Сондықтан жартылай өткізгіштер, бөлме температурасында σ меншікті электр өткізгіштігі 10^-8-ден 10^6 Ом⋅см-ге дейін болатын заттар ретінде жіктеледі, бұл өткізу түрі мен мөлшеріне, заттың құрылымына, температураға, жарыққа (радиация), электр және магнит өрістеріне және т.б. сыртқы жағдайларға байланысты. Диэлектриктер үшін рұқсат етілмеген зонаның ширинасы Еg 3 эВ, меншікті өткізгіштігі σ 10^-8 Ом⋅см, меншікті кедергі ρ = 1σ 10^8 Ом⋅см. Металдар үшін меншікті өткізгіштік σ 10^6 Ом⋅см.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Сурет 1.1. Изоляцияланған кремний атомындағы энергетикалық деңгейлер құрылымы, сондай-ақ, осы атомдардың жақындасуы кезінде пайда болатын монокристалдық кремнийдің энергетикалық зоналарының схемалық құрылымы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.2. Терминология және негізгі ұғымдар
Жартылай өткізгіштер, немесе жартылай өткізгіш қосылыстар, өзіндік және қоспалы болып табылады. Өзінің жартылай өткізгіштері - қоспалар (донорлар мен акцепторлар) жоқ жартылай өткізгіштер. Өздік концентрация ni - өзіндік жартылай өткізгіштегі заряд тасымалдаушылар концентрациясы (өткізгіштік зонадағы электрондар n және валентті зонадағы тесіктер p, мұнда n = p = ni). T = 0 кезінде өзіндік жартылай өткізгіште бос тасымалдаушылар болмайды (n = p = 0). T 0 кезінде электрондардың бір бөлігі валентті зоннан өткізу зонасына лақтырылып шығарылады. Бұл электрондар мен тесіктер энергетикалық зоналарда еркін қозғала алады. Тесіктер - бұл толық толтырылмаған валентті зонадағы көптеген электрондардың (шамамен 10^23 см^-3) коллективті қозғалысын сипаттау тәсілі. Электрон - бұл бөлшек, ал тесік - бұл квазибөлшек. Электронды жартылай өткізгіштен немесе металдан сыртқа инжекциялауға болады (мысалы, фотоэффект арқылы), ал тесік тек жартылай өткізгіштің ішінде ғана болуы мүмкін.
Легирлеу - жартылай өткізгішке қоспа енгізу, бұл жағдайда жартылай өткізгіш қоспалы деп аталады. Егер 4-топ элементтерінен (мысалы, кремний немесе германий) тұратын жартылай өткізгішке 5-топ элементін енгізсе, донорлық жартылай өткізгіш (оның электрондық өткізгіштік типі болады), немесе n-типы жартылай өткізгіш алынады. Ал егер 3-топ элементін қоспа ретінде енгізсе, онда дыркалық өткізгіштікке (р-тип) ие акцепторлық жартылай өткізгіш алынады (сурет 1.2).
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Рис. 1.2. n-типы (а) және p-типы (б) жартылай өткізгіштердің энергетикалық схемалары
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштердегі электрондар мен тесіктердің қозғалысын сипаттау үшін классикалық көріністерді қолдану үшін сәйкесінше тиімді Электрон массалары мен MN* және mp* тесіктері туралы түсініктер енгізіледі. Бұл жағдайда механика теңдеулері A = Fm* немесе dpdt = F, егер бос электронның (вакуумдағы электронның) массасының орнына M0 осы теңдеулерге электронның тиімді массасын mn* (p = mn*·v) ауыстырса, дұрыс болады. Тиімді масса жартылай өткізгіш кристалындағы атомдардың периодтық потенциалының электрондар мен тесіктердің қозғалысына әсерін ескереді және дисперсия теңдеулерімен анықталады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.3. Жартылай өткізгіштердегі электрондар мен тесіктердің статистикасы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Теңгерімдік процестер - сыртқы әсерлерге ұшырамайтын денелердегі процестер. Термодинамикалық тепе-теңдік күйінде берілген кристалл үлгісі үшін белгілі температурада электрондар мен тесіктердің энергияларға сәйкес бөлінуі және олардың концентрацияларының мәндері болады. Негізгі және қосымша заряд тасымалдаушылардың концентрацияларын есептеу электрондар мен тесіктер статистикасының ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Реферат
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Научная работа включает: 33 страниц, 18 иллюстраций и 3 использованных литературных источников.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Объектами данной работы является полупроводники. Цель работы: анализ применения полупроводников в науке и технике. В основной части работы даны методы исследования физики полупроводников, полученные результаты, основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики. На основе них сделаны соответствующие выводы. Представлена к рассмотрению программа нахождения параметров диодов и транзисторов. Анализ возможностей использования полупроводников показал, что полупроводники могут широко использоваться в различных электронных устройствах.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Мазмұны:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1. Жартылай өткізгіштердің физикасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.1 Жартылай өткізгіштердің зона құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.2 Терминология және негізгі ұғымдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.3 Жартылай өткізгіштердегі электрондар мен тесіктердің статистикасы ... ..6
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.4 Доңғалақтар мен тесіктердің концепциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...11
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.5 Ферми деңгейінің орналасуын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..12
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.6 Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .13
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.7 Жартылай өткізгіштердегі токтар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...14
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.8 Теңгерімсіз тасымалдаушылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 5
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.9 Үздіксіздік теңдеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2. Жартылай өткізгіш диодтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..18
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.1. p-n өтпесі негізіндегі идеалды диодтың сипаттамалары ... ... ... ... ..18
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.2. Диодтағы түзету ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.3. Сипаттамалық кедергі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...19
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.4. Диодтардың сипаттамаларына температураның әсері ... ... ... ... ... ..20
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3. Транзисторлар ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...21
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.1. Транзистордың жұмыс принципі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.2. Цептің элементі ретінде транзистордың параметрлері ... ... ... ... ... ..2 3
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.3. Транзисторлардың түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.4. Биполярлық транзисторлардың технологиялық түрлері ... ... ... ... ... .26
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
4. Диод пен транзистор параметрлерін есептеу бағдарламасы ... ... ... ... ... 27
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..32
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... 33
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Кіріспе
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Электроника - ғылым мен техниканың қарқынды дамып келе жатқан саласы. Ол түрлі электрондық құралдардың физикалық негіздерін және практикалық қолдануларын зерттейді. Физикалық электроникаға газдар мен өткізгіштердегі электрондық және иондық процестер, вакуум мен газ, қатты және сұйық денелер арасындағы шекаралардағы процестер жатады. Техникалық электроника электрондық құралдардың құрылымын және олардың қолдануын зерттейді. Электрондық құралдардың өндірістегі қолданылуына арналған сала өнеркәсіптік электроника деп аталады. Электроника мен радиотехниканың негізгі ұғымдарының бірі - жартылай өткізгіш ұғымы. Сондықтан бұл жұмыста біз осы ұғымның аясын қарастырамыз.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштер - бөлшектердің электр өткізгіштігі бөлме температурасында металдардың (10^6 - 10^4 Ом^-1 см^-1) және диэлектриктердің (10^-8 - 10^-12 Ом^-1) электр өткізгіштігі арасындағы аралық мәнге ие. Жартылай өткізгіштердің тән ерекшелігі - температураның жоғарылауымен электр өткізгіштігінің артуы; төмен температурада жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі төмен болады; оған жарық, күшті электрлік өріс, жылдам бөлшектер ағындары және т.б. әсер етеді. Электр өткізгіштігінің қоспалар мен кристалдардағы ақауларға жоғары сезімталдығы да жартылай өткізгіштерге тән. Жартылай өткізгіштерге үлкен топтағы заттар (Ge, Si және т.б.) жатады. Жартылай өткізгіштердегі заряд тасымалдаушылар - өткізгіштік электрондар мен тесіктер. Идеал кристалдарда олар әрқашан жұптармен пайда болады, сондықтан олардың концентрациялары тең. Реалды кристалдарда, құрамында қоспалар мен құрылым ақаулары бар, электрондар мен тесіктердің концентрациялары теңдік болмауы мүмкін және өткізгіштік негізінен тек бір типті тасымалдаушылар арқылы жүзеге асырылады (қараңыз: зона теориясы, қатты дене). Жартылай өткізгіштердің ерекшеліктері олардың қолданылуын анықтайды (қараңыз: жартылай өткізгіш құралдар). Барлық осы қасиеттер өткізгіштердің радиотехникада ең маңызды материалдардың бірі болуына мүмкіндік берді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1. Жартылай өткізгіштердің физикасы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.1. Жартылай өткізгіштердің зоналық құрылымы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
**Бора постулаттары бойынша** электрондардың энергетикалық деңгейлері изоляцияланған атомда дискретті мәндерге ие. Қатты дене - жеке атомдардың ансамблі, химиялық байланыс оларды кристалл торына біріктіреді. Егер қатты дене N атомынан тұрса, энергетикалық деңгейлер N-рет қайталанатын болады. Атом ядроларының электрлік өрісі бұзылу ретінде әрекет етіп, бұл қайталануды жояды. Қатты денені құрайтын атомдардың дискретті моноэнергетикалық деңгейлері энергетикалық зоналарға бөлінеді. Қатты денелердің энергетикалық зоналар құрылымын зерттегенде, күшті немесе әлсіз байланыс жақындатуында кванттық теңдеулердің шешімі бірдей сурет береді. Екі жағдайда да электрондар үшін рұқсат етілген және рұқсат етілмеген жағдайлар кезектесіп, рұқсат етілген зоналардағы электрондар саны атомдар санына тең болады, бұл рұқсат етілген зоналар ішінде энергетикалық деңгейлердің квазидискретті таралуы туралы айтуға мүмкіндік береді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Қатты денелердің электрондық қасиеттері үшін ең маңызды рөлді жоғарғы және одан кейінгі рұқсат етілген энергетикалық зоналар атқарады. Егер олардың арасында энергетикалық алшақтық болмаса, онда мұндай зона құрылымы бар қатты дене металл болып табылады. Егер осы зоналар арасындағы энергетикалық алшақтық (әдетте рұқсат етілмеген зона деп аталады) 3 эВ-тен артық болса, онда қатты дене диэлектрик болып табылады. Ал, егер рұқсат етілмеген зона ширинасы Eg (0,1 - 3,0) эВ диапазонында болса, онда қатты дене жартылай өткізгіштер классына жатады. Қатты денені құрайтын атомдардың түріне және валентті электрондардың орбиталарының конфигурациясына байланысты кристалл торының әртүрлі типтері жүзеге асырылады, сондықтан энергетикалық зоналардың құрылымы да өзгереді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштердегі жоғарғы, толық толтырылмаған энергетикалық зона өткізгіштік зона деп аталады. Одан кейінгі энергетикалық зона валентті зона деп аталады. Осы зоналар арасындағы рұқсат етілмеген жағдайлардың энергетикалық алшақтығы рұқсат етілмеген зона деп аталады. Зоналық диаграммаларда өткізгіштік зонаның түбі EC белгісімен, валентті зонаның шыңы EV белгісімен, ал рұқсат етілмеген зонаның ширинасы Eg белгісімен көрсетіледі.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштерде рұқсат етілмеген зонаның ширинасы кең диапазонда өзгеріп отырады, бұл олардың меншікті өткізгіштігін едәуір өзгертеді. Сондықтан жартылай өткізгіштер, бөлме температурасында σ меншікті электр өткізгіштігі 10^-8-ден 10^6 Ом⋅см-ге дейін болатын заттар ретінде жіктеледі, бұл өткізу түрі мен мөлшеріне, заттың құрылымына, температураға, жарыққа (радиация), электр және магнит өрістеріне және т.б. сыртқы жағдайларға байланысты. Диэлектриктер үшін рұқсат етілмеген зонаның ширинасы Еg 3 эВ, меншікті өткізгіштігі σ 10^-8 Ом⋅см, меншікті кедергі ρ = 1σ 10^8 Ом⋅см. Металдар үшін меншікті өткізгіштік σ 10^6 Ом⋅см.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Сурет 1.1. Изоляцияланған кремний атомындағы энергетикалық деңгейлер құрылымы, сондай-ақ, осы атомдардың жақындасуы кезінде пайда болатын монокристалдық кремнийдің энергетикалық зоналарының схемалық құрылымы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.2. Терминология және негізгі ұғымдар
Жартылай өткізгіштер, немесе жартылай өткізгіш қосылыстар, өзіндік және қоспалы болып табылады. Өзінің жартылай өткізгіштері - қоспалар (донорлар мен акцепторлар) жоқ жартылай өткізгіштер. Өздік концентрация ni - өзіндік жартылай өткізгіштегі заряд тасымалдаушылар концентрациясы (өткізгіштік зонадағы электрондар n және валентті зонадағы тесіктер p, мұнда n = p = ni). T = 0 кезінде өзіндік жартылай өткізгіште бос тасымалдаушылар болмайды (n = p = 0). T 0 кезінде электрондардың бір бөлігі валентті зоннан өткізу зонасына лақтырылып шығарылады. Бұл электрондар мен тесіктер энергетикалық зоналарда еркін қозғала алады. Тесіктер - бұл толық толтырылмаған валентті зонадағы көптеген электрондардың (шамамен 10^23 см^-3) коллективті қозғалысын сипаттау тәсілі. Электрон - бұл бөлшек, ал тесік - бұл квазибөлшек. Электронды жартылай өткізгіштен немесе металдан сыртқа инжекциялауға болады (мысалы, фотоэффект арқылы), ал тесік тек жартылай өткізгіштің ішінде ғана болуы мүмкін.
Легирлеу - жартылай өткізгішке қоспа енгізу, бұл жағдайда жартылай өткізгіш қоспалы деп аталады. Егер 4-топ элементтерінен (мысалы, кремний немесе германий) тұратын жартылай өткізгішке 5-топ элементін енгізсе, донорлық жартылай өткізгіш (оның электрондық өткізгіштік типі болады), немесе n-типы жартылай өткізгіш алынады. Ал егер 3-топ элементін қоспа ретінде енгізсе, онда дыркалық өткізгіштікке (р-тип) ие акцепторлық жартылай өткізгіш алынады (сурет 1.2).
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Рис. 1.2. n-типы (а) және p-типы (б) жартылай өткізгіштердің энергетикалық схемалары
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жартылай өткізгіштердегі электрондар мен тесіктердің қозғалысын сипаттау үшін классикалық көріністерді қолдану үшін сәйкесінше тиімді Электрон массалары мен MN* және mp* тесіктері туралы түсініктер енгізіледі. Бұл жағдайда механика теңдеулері A = Fm* немесе dpdt = F, егер бос электронның (вакуумдағы электронның) массасының орнына M0 осы теңдеулерге электронның тиімді массасын mn* (p = mn*·v) ауыстырса, дұрыс болады. Тиімді масса жартылай өткізгіш кристалындағы атомдардың периодтық потенциалының электрондар мен тесіктердің қозғалысына әсерін ескереді және дисперсия теңдеулерімен анықталады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.3. Жартылай өткізгіштердегі электрондар мен тесіктердің статистикасы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Теңгерімдік процестер - сыртқы әсерлерге ұшырамайтын денелердегі процестер. Термодинамикалық тепе-теңдік күйінде берілген кристалл үлгісі үшін белгілі температурада электрондар мен тесіктердің энергияларға сәйкес бөлінуі және олардың концентрацияларының мәндері болады. Негізгі және қосымша заряд тасымалдаушылардың концентрацияларын есептеу электрондар мен тесіктер статистикасының ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz