Азғындалған жартылай өткізгіш

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Бiлiм және ғылым министрлiгi

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

Физика-математика факультеті

Физика кафедрасы

CӨЖ

Тақырыбы: Азғындалған жартылай өткізгіш.

Орындаған: Мұстафин Ерсін

Тобы: Т-423

Тексерген: Рахимбердина А. Т

Семей 2015

Жартылай өткізгіштер - өзінің электрлік қасиеті жағынан өткізгіштер мен диэлектриктердің (мысалы, германий, кремний) арасынан орын алатын элементтер. Металдармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер элексир тоғын аз өткізеді, ол сәулелену кезінде жарық энергиясының ағымымен өзгере алады. Радиолампалармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер құралдардың көлемі мен салмағы аз, электрлік және механикалық беріктігі жоғары болады, олар ұзақ уақыт қызмет ете алады және электр энергиясын аз пайдаланады. Осындай қолайлы қасиеттеріне орай жартылай өткізгіштерді әскери радиотехникалык аппаратураларда жиі қолданады.

Жартылай өткізгіштердің ерекшеліктері. Жартылай өткізгіштердің кәдімгі температурадағы электрөткізгіштігі металдардың электрөткізгішітігі мен салыстырғанда аз. Өте төмен температурада олар диэлектриктерге ұқсайды. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі температура мен жарық әсерінен қатты өзгереді, яғни температура артып және жартылай өткізгіш неғұрлым қатты жарықталынса, оның электрөткізгіштігі де соғұрлым жоғары болады. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі оның құрамына өте аз шамада қоспалар енгізу жолымен басқарылады.

Азғындалған жартылай өткізгіш - заряд тасымалдаушылардың энергетикалық таралуы Ферми -Дирак статистикасымен сипатталатын жартылайөткізгіш. Төмен жартылайөткізгіштерде Ферми деңгейі не өткізгіштік зонаның ішінде немесе валенттілік зонада, не осы зоналар айналасында тікелей жақын kT (T - абсолюттік температура) ретті арақашықтықтағы тыйым салынған зонада орналасқан.

Меншікті жартылайөткізгіштер k T тыйым салынған зонаның $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_473e56e3.png$ енімен салыстырғанда, жоғары температура кезінде азғындалған жартылайөткізгіш болады. Тар тыйым салынған зоналы (HgSe, HgTe) меншікті бір немесе бірнеше типінің тасымалдаушыларының төмендеуі бөлме температурасында болады. Қоспалы жартылайөткізгіштерде электрон өткішгіштері (кемтіктер) донорлы (акцепторлы) қоспаларында жоғары концентрацияда азғындалған болады. Интенсивті оптикалық қозу кезінде немесе заряд тасымалдаушылардың күшті инжекциясында тасымалдаушылардың әртүрлі азғындалуы болуы мүмкін.

Азғындалудың еркін дәрежесінде жартылайөткізгіштің тепе-теңдік электронды-кемтіктік жүйесінде термодинамика-кинетикалық сипаттамасы Ферми-Дирак интегралы арқылы айтылады: $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m5373cc62.png$ мұнда $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_42f0b37d.png$ химиялық потенциал. Қатты азғындалу $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m7bc62d52.png$ езінде) мына формулалар қоспалар үшін де айтарлықтай оңайланады. Металдар үшінде төмен жартылайөткізгіштер сол көрініске ие.

Заряд тасымалдаушылардың азғындалуы энергия бойынша тасымалдаушылардың бөлінуі жылулық таралуымен келісімді болған тех-кинетикалық эффекттерінде ерекше байқалады. Мұндай эффекттерге магнитті-резисторлы эффект, электронды-жылуөткікізгішті, Пельтье эффекті, Нернста эффекті, Эттингсхаузена эффектісі және т. б. изотропты энергетикалық спектрлі жартылайөткізгіштер жатады. Толық төмен жартылайөткізгіштерде (T=0K кезінде) Паули принципінің күшінің ауыспалы құбылыстарында мұндай жартылайөткізгіштерде бір энергияға ие болатын және Ферми-бетінде орналасқан заряд тасымалдаушылар ғана қатыса алатын болғандықтан, бұл эффекттер болмайды. T=0K кезінде эффекттердің өз орны болады, бірақ олар аса көп емес - кеңдігі шамамен $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_68517278.png$ немесе $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_3b05e452.png$ болғанда (қарастырып отырған эффектке қатысты) төмен емес жартылайөткізгіштерге қарағанда аз болады.

Подвижность носителей заряда. Полевая зависимость подвижности.

Қозғалғыштық деп заряд тасымалдаушыларының кернеулігі 1 В/м электр өрісіндегі орташа жылдамдығын айтады: $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_23d08c45.gif$

мұндағы Е -электр өрісінің кернеулігі. Қозғалғыштықтың өлшем бірлігі м ² /(В∙с) .

Заряд тасымалдаушыларының орташа дрейфтік жылдамдығы: $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m297a3ae3.gif$ , бойынша анықталатыны белгілі. Мұндағы τ - екі бірізді шашырау актісі арасындағы уақыттың орташа интервалы және оны еркін жүріс жолының орташа үақыты деп атайды. Оның шамасы заряд тасымалдаушыларының энаргиясына байланысты.

Алдыңғы екі формулалардан: $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_2aff09d4.gif$ . (3)

Осыдан, тасымалдаушының қозғалғыштығы жартылай өткізгіште тасымалдаушылардың шашырау процестерімен сипатталатын еркін жүріс жолының орташа уақыты мен эффективті массасы шамаларымен анықталатынын көрүге болады. Заряд тасымалдаушаларының қозғалғыштығы олардың эффективті массасына кері пропорционал болғандықтан, негізгі жартылай өткізгішті материалдарда электрондардың қозғалғыштығы кемтіктердің қозғалғыштығынан артық болады.

Осылайша, бір заттағы электрондар мен кемтіктердің қозғалғыштықтары әртүрлі болады, ал анизотропты кристалдарда айырмашылықтары түсірілген өріс бағытынада тәүелді өзгереді. Кристалдағы заряд тасымалдаушылар кристалдық тордың жылулық тербелістерінде (фонондарда), кристалдық тордың нейтралды немесе зарядталған ақауларында және т. б. еркін заряд тасымалдаушыларында шашырайды. Заряд тасымалдаушылардың кристалдық тордың жылулық тербелісінде шашырауын (тордағы шашырау) оптикалық және акустикалық фонондарда шашырау деп екіге бөледі. Акустикалық фонондарда шашырау кезінде: $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_45d2fc22.gif$ , ал зарядталған қоспаларда шашыраған кезде:

$C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_563f6507.gif$

мұндағы: А және В- температураға тәүелсіз коөффициенттер, N - қоспаның концентрациясы, z -қоспа ионының заряды. және температуралық тәүелділіктері әр-түрлі екендігін көрүге болады: температура бойынша $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m5ee09b65.gif$ өзгереді, ал - ~ $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m4e447967.gif$ Сонымен қатар, қоспаларда шашырау кезінде заряд тасымалдаушылар қозғалғыштығы қоспаның N концентрациясына кері пропорционал.

Жоғары температураларда кристалдық тордың жылулық тербелісінде шашырау басым болатыны анық. Сонымен бірге тесператураның өсуіне байланысты заряд тасымалдаушыларының қозғалғыштығы Т ^-3/2 заңдылығы бойынша өзгереді. Температура төмендеген кезде тордың жылулық тербелісінде заряд тасымалдаушыларының шашырау ықтималдылығы кемиді және қоспа иондарында шашырау басымырақ болып келеді. Қозғалғыштық температураның өсуіне байланысты артады. Бұл жағдайда электр өрісінде электрондар мен кемтіктердің дрейфтік жылдамдығын шектеуші процестер олардың зарядталған қоспа атомдарының электростатикалық өрісімен ауытқуы болып табылады. Жартылай өткізгіште қоспа концентрациясы артқанда заряд тасымалдаушыларының қозғалғыштығы төмендеүінің себебі шашыратушы центрлер санының көбейю мен байланысты. Осылайша шашыраудың қай механизмінің басымырақ болуы және заряд тасымалдағыштардың қозғалғыштығының шамасы жартылай өткізгіштікте қоспаның концентрациясы мен температурасына байланысты.

1. Қозғалғыштық $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m5d568189.gif$ - электр өрісінде заряд тасымалдаушыларының орташа жылдамдығының осы өрістің кернеулігі шамасының қатынасына тең.

2. Омдық қозғалғыштық - өткізгіштікті өлшеу арқылы алынған қозғалғыштық, яғни оны $C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m2abc73f5.gif$

3. Дрейфтік қозғалғыштық - үлгіде белгілі үдетуші өрісте инжекцияланған тепе-теңсіз заряд тасымалдаушылар пакетінің уақыт бойынша орын ауыстыруына байланысты анықталынатын қозғалғыштық:

$C:\Users\admin\Desktop\htmlconvd-RGAK3s_html_m2d47f299.gif$