III. 1.6. Ефект Холу. III. 1.1. Фізичні процеси в напівпровідникових матеріалах.

III. 1.1. Фізичні процеси в напівпровідникових матеріалах.

Електричний струм в нп/п зв'язаний з дрейфом носіїв зарядів. Поява цих носіїв в нп/п визначається рядом факторів: чистота, температура.

В залежності від ступеня чистоти нп/п поділяються на власні і домішкові.

Власний - нп/п в якому зневажають впливом домішок. Валентна зона - заповнена електронами, а зона провідності вільна. При 0^оК - н/п - стає діелектpиком. При температурах вище 0^оК , згідно флуктуацій в матеріалі, деякі електрони з валентної зони влучають в зону провідності, утворюють в валентній зоні вакансію. Це процес генерації. (Він іде краще чим менше ширина заказаної зони і вище температура). Одночасно іде процес рекомбінації - повернення електронів в валентну зону. В наслідок походження цих процесів в нп/п при визначеній t^о існує pавновісна концентрація електронів і вакансій. ni=pi ni+pi=2ni

Атоми, які загубили електрони, перетворюються в (+) заряджені іони, а незаповнений валентний зв'язок утримує енергетичну вакансію для електронів, тоб то дірки. Під чинністю зовнішнього електричного поля можна придати руху зарядів напрямок.

Домішковий - нп/п в якому властивості визначаються домішками. Якщо концентрація домішок мала, то вони не взаємодіють друг з другом, а знаходяться в далині. Якщо (+) атоми знаходяться в вузлах кришталевих грат – це домішки упроваджування.

Донори – це домішки, що поставляють електрони в зону провідності. В них концентрація електронів перевищує концентрацію вакансій. Приклад: Ge+AS – e.

Акцептори – це домішки, що поставляють вакансії. Приклад: Ce+in - p

III. 1.2. Температурна залежність концентрації носіїв зарядів.

Концентрація донорів має співвідношення ND1 < ND2 < ND3.

Мала концентрація (ND1). При низьких t^o нагрівання приведе до росту ступеня іонізації донорів (1-4). Точка 4 всі електрони перекинути в зону провідності. В достатньо великому темпеpатуpном діапазоні концентрація електронів залишається постійною (4-6). При підвищених температурах електрони перекидаються через заборонену зону (6-9).

Середня концентрація (ND2) - знижує відстань між донорами, що приводе до більш активної взаємодії, зменшується енергія іонізації домішок. Виснаження можливо при більш високої температурі (7-5).

Висока концентрація ND3 – дозволяє енергії іонізації обертатися в 0. Це вироджений нп/п (3-8) (8-9), котрий здатний проводить електричний струм при дуже низьких температурах.

III. 1.3. Механізм розсіювання і рухливість зарядів.

Під чинністю зовнішнього електричного поля носії зарядів дістають деяку швидкість спрямованого руху і утворюють Електричний струм, відношення середньої швидкості до напруженості електричного поля - рухливість.

Питома провідність напівпровідника.

Де n₀ і p₀ - концентрація електронів і вакансій.

m_n іm _p - рухливість електронів і вакансій.

Фактори, що визначають рухливість:

1. Ефективна маса носія заряду.

2. Час релаксації.

Причини розгону носіїв зарядів:

1. Термальні коливання атомів або іонів;

2. Домішки при будь-яких станах. (В теорії нп/п цим фактором зневажають);

3. Дефекти грат:

_ _

Де: u - термальна швидкість;

l - довжина вільного пробігу електpону;

m - маса носія заряду.

Рухливість носіїв у нп/п з атомними гратами визначається злиттям зарядів, що трапляється при термальних коливаннях грат в іонізованих домішках.

III. 1.4. Оптичні і фотоелектричні явища в напівпpовідниках.

Світло, проходе у нп/п, і вступає з кришталевими гратами носіїв в взаємодію, що зв'язане з обміном енергією:

Де: I - інтенсивність світла

a- показник абсорбції

dx - нескінченно тонкий шар

При нормальному падінні світла в слабко поглинаючих середах, коефіцієнт відбиття розраховується згідно формули:

Де для більшості нп/п n=3... 4 R=25... 36%.

Залежність a від L - спектрального абсорбції.

У нп/п є декілька механізмів оптичної абсорбції:

А) власна абсорбція – можлива, якщо W фотонів перевищує ширину забороненої зони;

Б) ексітонна абсорбція - при абсорбції фотонів утворюються особливі схвильовані стани електpо - валентної зони, які звуться - екситонами - системи паp електрон і залишена їм діpка.

В) поглинання світла носіями заряду - зумовлений переходом дірок і електронів з одного рівня на інший під впливом квантів світла всередині енергетичних зон. Під впливом електричного поля світлової хвилі, носії заряду вчиняють коливальний рух синхронно з полем. Прискорюючись полем, під час вільного пробігу, електрони передають ґратам кінетичну енергію (засіб перетворення енергії світлової хвилі в термальну енергію).

Г) домішкове поглинання світла - збудження примесных атомів в кришталевих ґратах. Енергія поглинаючих квантів витрачується на:

+перехід електронів з донорних рівней до зони провідності;

+перехід електронів з валентної зони на акцепторний рівень;

Д) поглинання світла ґратами - відбувається в наслідок взаємодії електромагнітного поля з рухаючимися (колваючими) зарядами вузлів кришталевих грат. В наслідок відбувається модифікація коливальної енергії атомів.

III. 1.5. Утворення P/N переходу.

Якщо взяти два напівпровідника, які знаходяться в щільному контакті між собою, причому різної електропровідності (p і n типів), то при пропусканні електричного. струму крізь дану конструкцію в одному напрямку буде помітно проходження струму, а в зворотному спостерігатися великий ОПІР проходженню.

Дана конструкція має назву p/n перехід. Завдяки щільному контакту обох напівпровідників на їхній межі виникає дифузійні процеси взаємопроникнення часток, які утворюють прикордонний шар. Даний шар грає роль при додатку джерела енергії при дослідженні пари нп/п. В залежності від напрямку додатку енергії прикордонний шар може збільшуватися або зменшуватися. Завдяки цьому, якщо змінювати відстань подолання бар'єру прикордонного шару для електронів, можливо пропускати або затримувати потік електронів.