تعریف مقاومت خاص نیمه هادی ها. وابستگی دما هدایت الکتریکی هدایت دمای نیمه هادی های خود و ناخالصی
مطالعه خواص الکتریکی مواد شامل تعیین هدایت الکتریکی و وابستگی دمای آن است. برای فلزات، ضریب درجه حرارت هدایت الکتریکی منفی است، یعنی هدایت الکتریکی فلزات با افزایش دمای کاهش می یابد.
برای نیمه هادی ها و بسیاری از دی الکتریک، ضریب درجه حرارت هدایت الکتریکی خود مثبت است. هدایت الکتریکی نیز با معرفی نقص ها و ناخالصی ها در نیمه هادی خود رشد می کند.
هدایت الکتریکی بلورهای یونی معمولا با افزایش دما و نزدیک افزایش می یابد T. PL به هدایت الکترولیت های مایع (S NaCl در 800 درجه سانتیگراد) می رسد، 10 -3 OHM -1 × CM -1)، در حالی که در دمای اتاق از لحاظ شیمیایی خالص NaCl - عایق است.
در بلورهای هالیدات فلزی قلیایی (به عنوان مثال، NaCl)، کاتیون ها بیشتر از آنیون ها هستند:
شکل. 6 - مهاجرت جایگاه های کاتیونی (یا یون های Na +) در NaCl
بنابراین، میزان هدایت یونی NaCl بستگی به تعداد جابجایی های کاتیونی موجود دارد.
مقدار جابجایی کاتیونی به نوبه خود به شدت به خلوص شیمیایی و پیش از تاریخ حرارتی کریستال بستگی دارد. افزایش تعداد واحدهای ترمودینامیکی تعادل خود را در زمانی که کریستال گرم می شود، افزایش می یابد
| (22) |
یا معرفی ناخالصی های ناهموار می تواند جای خالی را جبران کند که هزینه بیش از حد از کاتیون های ناخالص را جبران کند.
بنابراین، هنگام اضافه کردن مقادیر کم MNCL 2، NaCl + MNCL 2 ® Na 1-2 ایکس.mn ایکس.v na ایکس. CL (محلول جامد)، جایی که هر یون MN 2+ حساب برای یک جای خالی از کاتیونی، I.E. جای خالی ناخالصی (V na). چنین شغلی ناخالصی نامیده می شود، زیرا در NaCl خالص آنها نمیتوانند شکل بگیرند.
در دمای پایین (~ \u200b\u200b25 درجه سانتیگراد)، غلظت جای خالی منشا حرارتی بسیار کوچک است. بنابراین، علیرغم خلوص بالا از کریستال، تعداد خالی های خود، ناخالصی بسیار کم است. و هنگامی که درجه حرارت افزایش می یابد، انتقال از ناخالصی به هدایت خود وجود دارد.
وابستگی دما به هدایت یونی به معادله Arrhenius مربوط می شود:
s \u003d. \u003d A.exp ( -e -e-/rt), (23)
جایی که E A. - فعال سازی انرژی هدایت الکتریکی.
عامل پیش نمایشی شامل چندین ثابت، از جمله فرکانس نوسانات یون های بالقوه در حال حرکت است. وابستگی گرافیکی LN s از T -1 باید توسط خط مستقیم با زاویه گنجشی -E / r بیان شود. در بعضی موارد، یک ضریب 1 / T در پردازش وابستگی درجه حرارت در عامل پیش از مهمانی معرفی می شود. در این مورد، وابستگی گرافیکی در مختصات LN ST-T -1 ارائه می شود. شیب حاصل از آن (E / R) می تواند تا حدودی متفاوت از شیب مختصات Arrhenius باشد. وابستگی Arrhenius به NaCl به صورت طرح بندی در شکل نشان داده شده است. 7. در ناحیه ناچیز کم دما، تعداد خالی ها با غلظت ناخالص تعیین می شود و برای هر سطح غلظت، مقدار ثابت است. در شکل 7 این مربوط به تعدادی از خطوط مستقیم موازی است که هر کدام به هدایت کریستال ها با محتوای مختلف افزودنی آلیاژ مربوط می شود.
شکل. 7 - وابستگی هدایت یونی NaCl در دمای. خطوط موازی در ناحیه ناخالصی به غلظت های مختلف ناخالصی های آلیاژی مربوط می شود
در ناحیه ناخالص، وابستگی به دمای آن تنها با وابستگی درجه حرارت تحرک M کاتال تعیین می شود که همچنین معادله Arrhenius را مطرح می کند:
m. = m 0 exp ( - E. لحظه / RT), (23)
جایی که E. MIG - انرژی فعال سازی مهاجرت رسانه ها.
و naCl \u003d 0.564 نانومتر؛ d na - cl \u003d a / 2 \u003d 0.282 نانومتر؛ r na + \u003d 0.095 نانومتر؛ r cl - \u003d ~ 0.185 نانومتر.
طول ارتباطات Na-CL، محاسبه شده به عنوان مجموع این شعاع یون، به نظر می رسد ~ 0.28 نانومتر است، که نزدیک به مقدار تجربی یافت شده است.
شکل. 8 - مسیر مهاجرت یون Na + در NaCl
شکل. 9 یک ترکیب مثلثی است که از طریق آن، یون های متحرک در NaCl باید عبور کنند. R / - شعاع رد دایره؛ دایره 1-3 یون های CL را با شعاع X / 2 نشان می دهد.
در ناحیه ناخالص (شکل 7)، به نظر می رسد هدایت به غلظت خالی بستگی دارد
s \u003d. نایm 0 exp (- E. لحظه / RT). (24)
در دمای بالاتر در زمینه هدایت خود، غلظت جای خالی منشاء حرارتی بیش از غلظت خالی به علت افزودنی های آلیاژی و تعداد جای خالی است n. بستگی به درجه حرارت با توجه به معادله Arrhenius:
n \u003d n.× const × exp ( -ه obr. / 2rt). (25)
این معادله یکسان است با معادله 22، که در آن e Arr / 2Light انرژی فعال سازی تشکیل یک دعا از جای خالی از قوانین است، یعنی نیمی از انرژی مورد نیاز برای شکل گیری یک نقص شاتکی دعا است. تحرک خالی هنوز با معادله 23 شرح داده شده است، و به طور کلی، برق در زمینه هدایت خود به معادله ای است
s. \u003d n.× const × m 0 exp (- E. لحظه / RT) Exp (- E. obr. / 2rt)(26)
.
(27)
شکل. 10 - وابستگی درجه حرارت هدایت یونی "خالص" NaCl
انحراف از وابستگی خطی نزدیک T. PL با افزایش تحرک شغلی های آنیونی و همچنین با تعاملات طولانی مدت (Hyukkelevs) همراه با تعاملات کاتیونی و جابجایی های آنیونی همراه است که منجر به کاهش انرژی آموزش خالی می شود. انحراف از خطی بودن در زمینه درجه حرارت پایین توسط تشکیل مجتمع های نقص تعیین می شود که می تواند تنها در یک انرژی فعال مشخص نابود شود.
در برگه 7 انرژی فعال سازی کریستال های NaCl را نشان می دهد.
جدول 7 - انرژی فعال سازی کریستال NaCl
وابستگی دما از هدایت الکتریکی به مدت طولانی شناخته شده است. با این حال، برای پیش بینی فرآیندهای شیمیایی در جامدات استفاده نشد.
در سال 1987، منظم ناشناخته از ترمیم پریماتالورژی عناصر از اکسید ها به طور همزمان تاسیس شد، که به طور همزمان تغییر نوع هدایت اکسید (از ناخالصی به خود) و واکنش آنها، به دلیل افزایش غلظت الکترون های آزاد، به طور همزمان تغییر می کند در شبکه اکسید نیمه هادی کریستال. به عبارت دیگر، کاهش اکسید ها در دمای مربوط به انتقال از هدایت ناخالصی به خود آغاز می شود.
دیلوژنیک. مواد دی الکتریک در الکترونیک برای تولید عناصر منفعل (بسترهای سفت و سخت، مخازن، ماسک ها)، و همچنین عناصر فعال (خازن ها و عایق های الکتریکی) استفاده می شود.
دی الکتریک که اکثر کریستال های یونی را تشکیل می دهند، مشخص می شوند
قدرت الکتریکی بالا، I.E. مقاومت به تخریب (تغییر ساختار) در نقاط قوت بالا و انتقال به حالت هدایت؛
زیان های دی الکتریک کم (TGD)، I.E. از دست دادن انرژی میدان الکتریکی متغیر، که در قالب گرما برجسته شده است.
خواص دی الکتریک مواد هنگام مطالعه خازن های مسطح که نشان دهنده دو صفحه رسانای موازی مسطح هستند، جدا از یکدیگر در فاصله D، که بسیار کمتر از اندازه صفحات است (شکل 6) تعیین می شود.
شکل. 6 - خازن با صفحات موازی و دی الکتریک بین آنها
ظرفیت خازن در خلاء
C. 0 = 0 SD., (28)
نفوذ پذیری دی الکتریک خلاء در سیستم بین المللی مقادیر فیزیکی (C) اندازه آن است
0 = 10 7 / 4ps 2 \u003d 8،854 × 10 -12 f / m. (29)
هنگامی که بر روی صفحه اختلاف پتانسیل V، خازن خازن شارژ Q برابر است
Q. 0 = C. 0 V.. (30)
اگر دی الکتریک بین صفحات وجود داشته باشد، زمانی که پتانسیل اعمال می شود، شارژ به Q 1 افزایش می یابد و ظرفیت آن تا 1 است.
برای دی الکتریک با اندازه شارژ Q 1 و ظرفیت C. 1 ثابت دی الکتریک با ظرفیت نسبت زیر مرتبط است
e "\u003d. C. 1 / C 0 (31)
برای هوا E "" 1؛
برای اکثر ترکیبات یونی E "~ 5 ¸ 10؛
برای ferroelectrics (BTIO 3) E "\u003d 10 3 ¸ 10 4.
e "بستگی به درجه قطبش یا تغییر اتهامات موجود در مواد دارد.
polarizability dielectric a - ضریب اتصال لحظه دو قطبی ( r) و میدان الکتریکی محلی ( E.).
p \u003d.آ. E., (32)
و a \u003d a E. + A. من. + A. D. + A. S., (33)
جایی که A. E. - جابجایی ابر الکترونیک،
آ. من. - یون ها،
آ. D. - dipoles،
آ. S. - شارژ حجم
قطبش الکترونیکی A. E. این اتفاق می افتد به عنوان یک نتیجه از جابجایی اوربیتال های الکترونیکی اتم نسبت به هسته و ذاتی در تمام اجسام جامد رخ می دهد. در برخی از مواد جامد، مانند الماس، a E. - تنها جزء قطبی شدن؛
polarizability یون A. من. - مرتبط با جابجایی نسبی یا جداسازی کاتیون ها و آنیون ها در جامد (تعیین قطبش در بلورهای یونی)؛
قطبش دو قطبی A. D. - آن را در مواد دارای دیپول های الکتریکی دائمی (H 2 O، HCl) رخ می دهد، که می تواند طول و یا تغییر جهت گیری تحت عمل زمینه. در دمای پایین a D. منجمد.
حجم و شارژر a S. این در دی الکتریک "بد" رخ می دهد و توسط مهاجرت حامل ها در فاصله های طولانی تعیین می شود. در NaCl، مهاجرت کاتیون ها در جابجایی کاتیونی به الکترود منفی رخ می دهد. به عنوان یک نتیجه، یک لایه دو الکتریکی رخ می دهد، که منجر به افزایش E "(اعمال E" سفارش 10 6 ... 10 7 به نظر می رسد، که مربوط به ظرفیت لایه الکتریکی دوگانه (18 ... 36 μF / cm 2).
با سپرده در اندازه قطبش و ثابت دی الکتریک
آ. S. \u003e A. D. \u003e A. من. \u003e A. E..
این مولفه های قطبش پذیری از اندازه گیری های خازنی، مایکروویو و نوری در فاصله فرکانس گسترده ای یافت می شود ( f.) (شکل 7)
|
برای f. < 10 3 Гц все aдают вклад в величину پ..
برای f. \u003e 10 6 در اکثر کریستال های یونی، شارژ فله ای زمان لازم را ندارد.
برای f.\u003e 10 9 (مایکروویو) هیچ قطبی از dipoles وجود ندارد.
در منطقه f. \u003e 10 12، مربوط به نوسانات محدوده نوری، تنها جزء قطبی شدن باقی می ماند E.مربیگری هنوز در منطقه UV مشاهده شده است، اما در فرکانس های مربوط به محدوده اشعه ایکس ناپدید می شود. در دیلوکتریک های خوب که ندارند D. و A. S.نفوذپذیری در فرکانس پایین E "0 به طور عمده توسط یون و قطبش الکترون تعیین می شود. مقدار E" 0 را می توان از اندازه گیری ظرف با استفاده از پل AC بدست آورد. برای این منظور، ظرف دو بار اندازه گیری می شود - بدون ماده مورد مطالعه بین صفحات خازن و ماده (معادله 31). مقدار E "¥، تنها با قطبش پذیری الکترون متصل می شود، می توان از اندازه گیری شاخص انکساری در منطقه قابل مشاهده طیف بر اساس نسبت ساده E" یافت. به عنوان مثال، برای NaCl E "0 \u003d 5.62؛ E" ¥ 2.32.
جایی که w \u003d 2p f. (فرکانس زاویه ای)،
t - آرام سازی زمان (در حال حاضر برای توصیف فرایندهای قطبش پیچیده در دی الکتریک. توزیع زمان آرامش).
مماس از دست دادن دی الکتریک توسط نسبت تعیین می شود
e // / e " \u003d TGD (36)
شکل. 9 - وابستگی فرکانس E / و E //
در محدوده بین / 0 و E / ¥ ثابت دی الکتریک به صورت یک مقدار پیچیده از E * \u003d E / - JE // نشان داده شده است که E // جزء واقعی است که از رابطه زیر قرار دارد:
در صورتی که فرکانس W زاویه برابر با 2pf، W P فرکانس عقب حامل های فعلی، و P 1 و N 2-میکروسکوپ ها است. مبنای این معادله این ایده این است که پدیده های قطبش فردی، چه جهش یون ها در هادی ها یا تغییر مسیر دیپول ها در دی الکتریک، به طور مستقل از یکدیگر رخ می دهد، اما به عنوان یک نتیجه از تعامل تعاونی. این به این معنی است که اگر یک دو قطبی جداگانه در کریستال دوباره تغییر کند، به این ترتیب، از دیپول های اطراف تاثیر می گذارد. با این حال، در سطح فعلی درک، مشخص نیست که چگونه بر اساس قانون جونچر به توصیف کمی از پدیده های تعاونی آمده است. در جزئیات بیشتر، نمودارها در هواپیما پیچیده در CH مورد بحث قرار می گیرند. 13 (اما در عین حال پذیرش بر روی عملکرد هدایت، و نه خواص دی الکتریک ساخته می شود).
در برگه 8 مقادیر ثابت دی الکتریک برخی از اکسید ها را در فرکانس ها و دمای های مختلف نشان می دهد.
جدول 8 - ثابت دی الکتریک برخی از اکسید
| اکسید | فرکانس HZ | T.،به | " | اکسید | فرکانس HZ | T.،به | " |
| H 2 O (یخ) | 10 8 | 3,2 | وو | 10 5 | 6,3 | ||
| n 2 درباره مایع | 10 8 | 88,0 | AL 2 O 3 | ~10 6 | 10–12 | ||
| TiO 2 | 10 4 | ||||||
| H 2 O (زوج ها) | 10 6 | 1,013 | وای 3 | ~10 8 | |||
| SiO 2 | 3.10 7 | 4,3 | Zno | 10 6 | |||
| سی دی | >10 8 | 2,6...4,0 | pbo | 4,5.10 3 | |||
| nb 2 o 5 | ~10 12 | 35…50 | PBO 2 | ~10 8 | |||
| SnO 2 | ~10 12 | 9–24 | TB 4 O 7 | 10 6 | |||
| mno | 4.4 × 10 8 | 13,8 |
رابطه بین پلاریزاسیون یون و الکترون اندازه گیری سفارش الکترون ها نسبت به یونهای شبکه کریستال است
. (39)
از آنهایی که در جدول نشان داده شده اند. 9 داده ها به شرح زیر است که حتی یک تغییر کوچک H منجر به تغییر قابل توجهی در خواص عناصر منفعل میکرو الکترونیک می شود ( تو PR - ولتاژ شکست، D G. 0 - انرژی آزاد آموزش). H بالاتر، بیشتر قطبش الکترونیکی نسبتا کامل است و بیشتر احتمال کنترل قطبش با استفاده از میدان الکتریکی است.
| |
| دی الکتریک | از جانب، μF / cm | " | tgd | تو PR، B. | H. | -D G. 0، KJ / مول |
| در 10 3 هرتز | ||||||
| TA 2 O 5 | 0,15 | 1,5 | 0,48 | |||
| AL 2 O 3 | 0,085 | 1,0 | 0,49 | |||
| AL 2 (SIO 3) 3 | 0,01 | 6,5 | 0,3 | 0,50 | ||
| سی دی | 0,014 | 0,1 | 0,52 | |||
| SiO 2 | 0,0046 | 0,1 | 0,55 | |||
| آلن | 0,045 | 7,2 | 0,01 | – | 0,75 | |
| SI 3 N 4 | 0,04 | 6,5 | 0,001 | – | 0,94 | |
| La 2 O 3 | 0,05...1,0 | 0,02 | – | 0,60 | ||
| ناتو 3 | 0,6 | 0,01 | – | 0,50 |
بزرگترین ارزش برای ارزیابی کیفیت دی الکتریک در فرکانس های بالا رابطه ای بین اجزای یونی و الکترونیکی قطبش، I.E. بین و همچنین ارزش مماس از تلفات دی الکتریک (TGD) دارد. هنگامی که AC از طریق خازن در فرکانس های پایین عبور می کند، بردار فعلی جلوتر از فاز با ولتاژ ولتاژ 90 درجه است. سپس محصول vectorsi × v \u003d 0 و انرژی بدون از دست دادن انتقال می یابد. هنگام افزایش فرکانس، قطبش یون به نظر می رسد و فازهای فعلی و ولتاژ جبران می شود. در این مورد، جزء فعلی فعلی I × Sind رخ می دهد، که در یک فاز با ولتاژ است.
مقدار TGD برای دی الکتریک با کیفیت بالا حدود 0.001 است.
برای خازن ها امتیاز داده شده اند از جانب \u003e 50 PF TGD 0.0015 تجاوز نمی کند
و با ظرفیت حدود 0.01 μF TGD ~ 0.035.
خواص دی الکتریک تاثیر قابل توجهی بر کیفیت ساختارهای MOS مورد استفاده در میکرو الکترونیک دارد. این خواص توسط ویژگی های Voltechotic یا Voltfarad تعیین می شود ( رزومه. یا روش های VFC).
Segneto، Piezo و PyroElectrics. قطبش کریستال های متعلق به گروه های نقطه مرکزی مرکزی پس از حذف میدان حذف می شود. با این حال، از 32 نقطه گروه 21 شامل مرکز تقارن نیست. در این راستا، پراکندگی قطبش باقی مانده در زمینه های الکتریکی، مکانیکی و حرارتی وجود دارد. طبق این پدیده، کلاس های Ferroneto، پیزو و پیرو الکتریکی متمایز هستند.
segnetoelectricricsمتفاوت از دی الکتریک معمولی بالا " و قطبش باقی مانده، یعنی، آنها توانایی حفظ برخی از قطبش های الکتریکی باقی مانده را پس از از بین بردن میدان الکتریکی خارجی دارند. بنابراین، با حجم مساوی، خازن از ferroelectrics دارای 1000 برابر یک ظرف بزرگ است. علاوه بر این، در مقایسه با دی الکتریک های معمولی، که نشان دهنده افزایش نسبی در قطبش القا شده از شارژ القایی P یا القاء شارژ Q (معادله 30)، در segnetryelectrics، وابستگی بین ارزش قطبش ( r، CL / cm 2) و قدرت میدان الکتریکی توسط هیسترزیس مشخص می شود. (شکل 11) شکل هیستریز مقدار قطبش باقی مانده را تعیین می کند ( p R.) و میدان اجباری ( n S.)، که قطبش را از بین می برد. Segenelectricrics با حضور قطبش اشباع P S در تنش های الکتریکی بالا، به عنوان مثال، برای Batio 3 مشخص می شود P S. \u003d 0.26 kl / cm 2 در 23 درجه سانتیگراد و قطبش باقی مانده P R، I.E. قطبش پس از از بین بردن یک میدان الکتریکی خارجی ادامه دارد. به منظور کاهش قطبش به صفر، لازم است که میدان الکتریکی علامت معکوس E E اعمال شود، به نام Field Comperive.
شکل. 11 - حلقه هیسترزیس برای segnetodielectric معمولی. خط خطی که از طریق مبدا عبور می کند، رفتار یک دی الکتریک معمولی را نشان می دهد.
برخی از ferroelectrics در جدول نشان داده شده است. 10. همه آنها سازه هایی دارند که در آن یک کاتیون، به عنوان مثال، Ti 4+ در BatiO 3 می تواند به طور قابل توجهی تغییر یابد (~ 0.01 نانومتر) نسبت به محیط آنیونی آن. این تغییر اتهامات منجر به dipoles و مقدار زیادی از ثابت دی الکتریک، که مشخصه ferroelectrics است.
جدول 10 - دمای کوری برخی از ferroelectrics
در شکل 12 سلول ابتدایی تیتانات را از SRTIO 3 Strontium نشان می دهد که هر دو Batio 3، ساختار نوع Batio 3 Perovskite را نشان می دهد. یونهای Ti 4+، رأس های این سلول ابتدایی مکعب را اشغال می کنند، O 2- - در وسط دنده ها، یون استرانسیوم در مرکز کوبا. با این حال، امکان ارائه ساختار Watio 3 وجود دارد و غیره: یونهای VA 2+ در رأس های مکعب، Ti 4+ قرار می گیرند - در مرکز، و یون ها O 2- در مرکز چهره ها قرار می گیرند. با این حال، بدون وابستگی به انتخاب سلول های ابتدایی، ساختار از Octahedra TIO 6 برداشت شده است، تشکیل یک چارچوب سه بعدی با استفاده از اتصالات مشترک یون های استرانسیوم در این ساختار قاب اشغال شده با KCH \u003d 12.
شکل. 12 - ساختار Perovokites SRTIO 3
از نقطه نظر شیمیایی (امکان محاسبه کوانتومی-شیمیایی و کنترل تجربی خواص دی الکتریک)، ساختار پرووفسکیت شامل Octahedra TiO 6 و یون های Ba 2+ در حفره های حاصل قرار می گیرد. در چنین ساختار ایده آل که در دمای بالای 120 درجه سانتیگراد وجود دارد، تمام اتهامات متقارن مرتب شده اند، لحظه ای دو قطبی خود و Batio 3 یک دی الکتریک معمولی با بالا است " . هنگامی که درجه حرارت کاهش می یابد، یون های Ti 4+ به رأس اکتالعلی در 0.1 Å کاهش می یابد (با میانگین Ti-O \u003d 1.95 متر))، که توسط داده های تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس تایید شده است، I.E. تحریفاتی وجود دارد که خودشان را آشکار می کنند که TIO 6 Octahedra متوقف می شود متقارن. یک لحظه دو قطبی وجود دارد، و به عنوان یک نتیجه از تعامل دیپول ها - قطبش خود به خود (شکل 13).
اگر چنین جابجایی ها به طور همزمان در تمام octahedra tiO 6 رخ می دهد، پس از آن، ماده پلاریزاسیون خودبخودی خود را رخ می دهد. در Watio Segroelectric 3 هر یک از اکتاهان TIO 6 قطبی شده است؛ اثر میدان الکتریکی خارجی به جهت "اجباری" دیپول های فردی کاهش می یابد. پس از ساخت تمام dipoles در جهت جهت، وضعیت قطبش اشباع رسیده است. فاصله ای که یون های تیتانیوم از مراکز اکتاهان به یکی از اکسیژن منتقل می شوند، بر اساس برآوردها بر اساس مقدار مشاهده شده مشاهده شده از P A، 0.01 نانومتر است که توسط داده های تجزیه و تحلیل اشعه ایکس نیز تایید شده است. همانطور که دیده می شود، این فاصله به اندازه کافی کوچک است در مقایسه با میانگین طول ارتباطی Ti-O در Octahedra TiO 6، برابر با 0.195 نانومتر است. جهت گیری دستورالعمل Dipoles به صورت طرح بندی در شکل نشان داده شده است. 13، و جایی که هر فلش مربوط به یک اکتاهان تحریف شده TiO 6 است.
شکل. 13 - طرح گرایش قطبش قطبش واحدهای ساختاری در Ferroelectrics (A)، ضد انفجار الکتریکی (B) Seggetelectric (B)
در Ferroelectrics مانند Batio 3، ساختارهای دامنه به دلیل این واقعیت تشکیل شده است که Dipoles مجاور TiO 6 به صورت موازی به یکدیگر متصل می شوند (شکل 14). اندازه دامنه های تشکیل شده متنوع است، اما به عنوان یک قاعده می تواند به ده ها برسد - صدها نفر از آنگستروم. در یک دامنه دامنه در یک مسیر کریستالوگرافی قطبی شده است. قطبش خود از نمونه ای از ferroelectric برابر با مجموع بردار قطبش های دامنه های فردی است.
شکل. 14 - دامنه های فریزر جدا شده توسط یک دیوار انفجاری (مرز)
اعمال یک میدان الکتریکی خارجی منجر به تغییر در قطبش خود را از یک نمونه setmentoelectric می شود؛ دلیل چنین تغییراتی ممکن است فرآیندهای زیر باشد:
1) تغییر جهت قطبش دامنه. این اتفاق خواهد افتاد اگر تمام Dipoles TiO 6 در دامنه مورد بررسی قرار گیرد، موقعیت آنها را جایگزین می کند؛ به عنوان مثال، تمام dipoles در دامنه (2) (شکل 14) جهت گیری را به dipoles موازی دامنه تغییر دهید (1)؛
2) افزایش قطبش در هر دامنه، که به احتمال زیاد اگر اختلال در جهت گیری دیجیت ها وجود داشته باشد؛
حرکت دیوارهای دامنه، به عنوان یک نتیجه از آن اندازه دامنه های گرا در امتداد میدان با کاهش دامنه ها با جهت گیری های نامطلوب افزایش می یابد. به عنوان مثال، دامنه 1 (شکل 14) می تواند رشد کند زمانی که تغییر دیوار دامنه یک قدم به سمت راست است. برای انجام چنین تغییری، dipoles در محدوده دامنه 2 باید جهت گیری را نشان داده شده توسط فلش \u200b\u200bهای سکته مغزی.
حالت فرسایشی معمولا در دماهای پایین مشاهده می شود، زیرا حرکت گرما، افزایش دما، افزایش ماهیت سازگار جابجایی جابجایی در اکتاوده همسایه را مختل می کند و بنابراین ساختار دامنه را نقض می کند. درجه حرارت که این تخریب رخ می دهد، یک نقطه فروپاشی کوره T A نامیده می شود (جدول 10). T بالا T با مواد تبدیل به paleeclates (به عنوان مثال، "nonsenselecectricrics")؛ نفوذ پذیری دی الکتریک آنها هنوز مقادیر بالایی دارد (شکل 15)، اما قطبش باقی مانده در غیاب یک میدان خارجی دیگر مشاهده نمی شود.
بالا با ارزش E "معمولا توسط قانون Curie - Weiss شرح داده می شود:
e / \u003d C / (T-Q) (37)
جایی که C یک کوره دائمی و Q - دمای کوری -Wearsa است. به عنوان یک قانون، T C و Q همزمان هستند یا فقط چند درجه متفاوت هستند. انتقال از ferroelectric به یک حالت پارالوکتریک در T C نمونه ای از یک سفارش انتقال فاز است - یک ظرف غذا. با این حال، در مقایسه با انتقال، نظم - اختلال مشاهده شده، در برنز، جابجایی انتشار یون ها در فاصله های طولانی رخ نمی دهد. در زیر، سفارش انجام شده توسط اعوجاج ترجیحی یا تمایل موافق پلی هدر انجام می شود و بنابراین به انتقال فاز با جابجایی اشاره می شود ( گول زدن 12) در مرحله پالئالکتریک درجه حرارت بالا از اعوجاج و شیب پلی هدرا، در صورت وجود، در هر صورت شخصیت تصادفی است.
شرایط مورد نیاز برای قطبش خود به خودی و خواص فریزر در کریستال این است که دومی باید به یک گروه فضایی مرتبط باشد که مرکز تقارن ندارد ( گول زدن 6) فازهای پاراکتریک، پایدار بالای T C، اغلب سانتریزیومتر هستند و سفارشات در طول خنک کننده به کاهش تقارن به یک گروه فضایی غیر سانتریزی کاهش می یابد.
در حال حاضر، چند صد مواد Segainelectric شناخته شده است، که در آن گروه بزرگی از ترکیبات اکسید با یک ساختار پراوفسکیت تحریف شده (غیر متولد شده) متمایز است. این ترکیبات دارای چنین کاتیون هایی هستند که به راحتی در یک محیط اکتشافی تحریف شده - Ti، Ni، TA احساس می کنند؛ عدم برابری اتصالات در چنین octahedra mo 6 تحریف شده، علت قطبش و لحظه ای دو قطبی است. به عنوان مثال، هیچکدام از Perovskite-ferroelectrics، به عنوان مثال، به عنوان مثال، به عنوان BatiO 3 و RBTIO 3 Satio 3 خواص فرسو الکتریکی را نشان نمی دهد، که ظاهرا با تفاوت در اندازه کاتیون های دو زنجیره همراه است. شعاع بزرگ یونا از VA 2+ باعث گسترش سلول های ابتدایی در مقایسه با SATIO 3 می شود که به نوبه خود منجر به طول های بزرگ Ti-O در واتو 3 و جابجایی بیشتر یون های Ti 4+ در داخل اکتاهان TiO 6 می شود. ترکیب اکسید های دیگر با خواص فرسو الکتریکی شامل کاتیون هایی است که اوراق قرضه با یون های اکسیژن به دلیل حضور یک جفت رایگان یک مسیر از پوسته بیرونی نابرابر می شود؛ این ممکن است کاتیون های سنگین عنصر P باشد که با درجه اکسیداسیون، دو واحد کوچکتر از حد مجاز این گروه، مانند SN 2+، PB 2+، BI 3+ و غیره
اکسید های Segroesoelectric برای ایجاد خازن ها به علت ثابت دی الکتریک بالا استفاده می شود که به ویژه در نزدیکی T C (شکل 15) بسیار بزرگ است. بنابراین، پیگیری یک هدف عملی برای افزایش باید مواد را با نقاط کوری نزدیک به دمای اتاق ایجاد کنید. به طور خاص، دمای کوری برای BATIO 3 120 ° C (شکل 15) می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد، و فاصله دمای انتقال با جایگزینی جزئی Ba 2+ یا Ti 4+ توسط سایر کاتیون ها افزایش می یابد: جایگزینی BA 2 + بر روی Sr 2 + باعث فشرده سازی سلول ابتدایی ساختار و کاهش T C می شود؛ جایگزینی "فعال" Ti 4+-vions با سایر اتهامات چهارگانه "غیر فعال" توسط یون ها، به ویژه Zr 4+ و Sn 4 +، منجر به قطره تیز T با می شود.
شکل. 15 - وابستگی دما ثابت دی الکتریک سرامیک Batio 3
در آنتی گروه های الکتریکی، قطبش خود به خودی نیز مشاهده می شود، در طبیعت مشابه با قطبش آهن الکترو الکتریک است. دفاع از فردی از ضد الکتریکی الکتریکی نسبت به یکدیگر به گونه ای دستور داده می شود به گونه ای به گونه ای است که هر دو قطبی، دوقطبی های مجاور موازی Aityia (شکل 14، B) است. در نتیجه، قطبش خود به خودی خود از مواد به صفر می رسد. بالاتر از نقطه ضد الکتریکی کوری، ماده به یک پارامتریک طبیعی تبدیل می شود. Pbzro 3 (233 درجه سانتیگراد)، نانوبات سدیم نانوبو 3 (638 درجه سانتیگراد) و آمونیوم دی هیدروفسفات NH 4 H 2 PO 4 (-125 ° C) نمونه هایی از مواد با خواص ضد انتخاب هستند (اعداد در براکت ها نشان می دهد که نقاط مربوطه کوره)
| | ¯¯¯¯¯ | |
| | ¯¯¯¯¯ | |
| | ¯¯¯¯¯ | |
| Segnetoelectric Batio 3. | ATSEGNETOELECTRIC PBZRO 3. | Segnetelectrics (Bi 4 Ti 3 O 12، Taratrates) |
شکل. 16 - جهت گیری طرح برداری قطبش واحدهای ساختاری در نمایندگان خاص Ferroelectrics (A)، ضد سیگنال الکتریکی (B) Seggetelectrics (B)
در Anti-SeepoElectrics، قطبش خود به خودی رخ می دهد ( P S. \u003d 0)، هیسترزیس از دست رفته است، اما نزدیک است T. KR همچنین حداکثر E را مشاهده کرد " .
مقدار شدت میدان الکتریکی می تواند فاز را تحت تاثیر قرار دهد
انتقال نوع دوم در ferroelectrics (شکل 14).
شکل. 1 - اثر دما بر روی انتقال فاز جهت گیری
نوع سفارش سردرگمی در PBZRO 3
شکل. 16 - وابستگی دمای انتقال Antsegnetoelectric -zegnetoelectric در Pbzro 3 از ولتاژ اعمال شده (A) و رفتار قطبش با این انتقال (B)
|  |
|
| ولی | ب |
شکل. 17 - ساختارهای KH 2 Ferroelectric KH 2 Po 4 (A) و ضد ethylenectress NH 4 H 2 PO 4 (B) (طرح ریزی در هواپیما)
در pyroelectrics در مقایسه با Segroelectricrics، جهت بردار قطبش را نمی توان با یک میدان الکتریکی خارجی تغییر داد، و قطبش بستگی به تغییر دما دارد:
D. p s \u003dpD T., (38)
جایی که P یک ضریب پلورکتریک است.
خواص پریکالکتریک هنگامی که به عنوان یک نتیجه از گسترش شبکه کریستال و تغییر در طول dipoles تشخیص داده می شود. یک نمونه از یک ترکیب pyrolectric یک کریستال ZnO است که شامل لایه های یون های اکسیژن (بسته بندی تنگ شش ضلعی) و یون های Zn 2+ در حفره های تتراهیم است. تمام Tetrahedra ZnO در یک جهت گرا و یک لحظه دو قطبی است، به عنوان یک نتیجه از آن کریستال در حالت قطبی شده است. اثر ضد الکتریکی توسط جذب آب پوشیده شده است و هنگام گرم شدن تشخیص داده می شود.
شکل .18 - ساختار تتراپرال مرتب شده از Wurzit. لایه یونهای اکسیژن نشان داده شده و قرار دادن کاتیون های Ti + توسط interstitial.
پیزوالکتریک همچنین متعلق به گروه های نقطه غیر مرکزی کریستال است. قطبش و شارژ الکتریکی بر لبه های مخالف کریستال تحت عمل زمینه های مکانیکی رخ می دهد و به جهت میدان بستگی دارد. در کوارتز، قطبش در هنگام فشرده شدن در امتداد جهت (100) فشرده می شود و زمانی که در امتداد محور (001) فشرده می شود، وجود ندارد.
پیزوالکتریک بسیاری از کریستال ها با یک ساختار تتراهنیک، اعوجاج آن منجر به قطبش (کوارتز، Zns، ZnO) می شود. یک اثر پیزوالکتریک مشابه (PEE) در La 2 S 3 مشاهده می شود. یک گروه مهم از پیزوالکتریک راه حل های جامد PBTIO 3 و PBZRO 3 است. تمام ferroelectrics عبارتند از pyro- و پیزوالکتریک، اما نه همه pyro و پیزوالکتریک هستند ferroelectricrics.
شکل. 19- نمودار فاز سیستم CTS
برای نیمه هادی ها با یک حامل شارژ، هدایت الکتریکی γ توسط بیان تعیین می شود
جایی که n غلظت حامل های شارژ آزاد است، M -3؛ Q ارزش شارژ هر یک از آنها است؛ μ تحرک حامل های شارژ برابر با نرخ متوسط \u200b\u200bحامل شارژ (υ) به قدرت میدان (e): υ / e، m 2 / (b ∙ c).
شکل 5.3 نشان دهنده وابستگی دما به غلظت حامل ها است.
در زمینه دمای پایین، وابستگی رابطه بین نقاط A و B تنها غلظت حامل ها را به علت ناخالصی ها مشخص می کند. با افزایش دمای، تعداد حامل های عرضه شده توسط ناخالصی ها افزایش می یابد تا منابع الکترونیکی اتم های ناخالصی (نقطه B) اخراج شوند. در بخش B- در ناخالصی ها قبلا خسته شده اند، و انتقال الکترون های نیمه هادی اصلی از طریق منطقه ممنوعه هنوز شناسایی نشده است. بخشی از منحنی با غلظت ثابت از حامل های شارژ، ناحیه خستگی ناخالص نامیده می شود. در آینده، درجه حرارت به اندازه کافی افزایش می یابد که افزایش سریع غلظت حامل ها به دلیل انتقال الکترون ها از طریق منطقه ممنوعه (بخش در G) آغاز می شود. شیب این منطقه، عرض ناحیه نیمه هادی ممنوعه را مشخص می کند (زاویه زاویه Tanglex α به مقدار ΔW می دهد). شیب بخش A-B بستگی به انرژی یونیزاسیون ناخالصی ها ΔW n دارد.
شکل. 5.3. وابستگی معمولی غلظت حامل شارژ
در نیمه هادی در درجه حرارت
شکل 5.4 نشان دهنده وابستگی دما به تحرک حامل شارژ برای نیمه هادی است.
شکل. 5.4. وابستگی دما از تحرک حامل
شارژ در نیمه هادی
افزایش تحرک حامل های شارژ آزاد با افزایش دما به دلیل این واقعیت است که درجه حرارت بالاتر، بیشتر سرعت حرارتی حامل آزاد است. با این حال، با افزایش دمای بیشتر، نوسانات حرارتی شبکه های شبکه و حامل های شارژ شروع به مواجه شدن با آن بیشتر و بیشتر، تحرک کاهش می یابد.
شکل 5.5 نشان دهنده وابستگی درجه حرارت هدایت الکتریکی برای نیمه هادی است. این وابستگی پیچیده تر است، زیرا هدایت الکتریکی بستگی به تحرک و تعداد رسانه ها دارد:
در منطقه AB، ارتفاع هدایت الکتریکی خاص با افزایش دما به وسیله افزودنی ایجاد می شود (کج کردن خط در این بخش، انرژی فعال سازی ناخالصی ها را تعیین می کند). در بخش BW، اشباع رخ می دهد، تعداد حامل ها رشد نمی کنند و هدایت به دلیل کاهش تحرک حامل های شارژ می شود. در بخش VG، رشد هدایت به علت افزایش تعداد الکترون های نیمه هادی اصلی غلبه بر منطقه ممنوعه است. شیب مستقیم در این منطقه، عرض منطقه ممنوعه نیمه هادی اصلی را تعیین می کند. برای محاسبات تقریبی، می توانید از فرمول استفاده کنید
جایی که عرض منطقه ممنوعه W در EV محاسبه می شود.
شکل. 5.5. وابستگی درجه حرارت هدایت الکتریکی
برای نیمه هادی
در کار آزمایشگاهی، یک نیمه هادی سیلیکون مورد بررسی قرار گرفته است.
سیلیکون، مانند آلمان، به گروه IV جدول D.i اشاره دارد. مندلیوا این یکی از شایع ترین عناصر پوسته زمین است، محتوای آن در آن حدود 29٪ است. با این حال، در دولت آزاد طبیعت، یافت نشد.
سیلیکون فنی (حدود یک درصد از ناخالصی ها)، به دست آمده از طریق بهبود از دی اکسید (SiO 2) در یک قوس الکتریکی بین الکترودهای گرافیت به طور گسترده ای در متالورژی آهنی به عنوان یک عنصر دوپینگ (به عنوان مثال، در فولاد الکتریکی) استفاده می شود. سیلیکون فنی به عنوان یک نیمه هادی استفاده می شود نمی تواند باشد. این مواد اولیه اولیه برای تولید خلوص نیمه هادی سیلیکون، محتوای ناخالصی هایی است که باید کمتر از 10 تا 6 درصد باشد.
تکنولوژی به دست آوردن خلوص نیمه هادی سیلیکون بسیار پیچیده است، شامل چندین مرحله است. تمیز کردن سیلیکون نهایی می تواند توسط روش ذوب منطقه انجام شود، در حالی که تعدادی از مشکلات وجود دارد، زیرا نقطه ذوب سیلیکون بسیار بالا است (1414 درجه سانتیگراد).
در حال حاضر، سیلیکون مواد اصلی برای تولید دستگاه های نیمه هادی است: دیودها، ترانزیستور، تثبیت، تریستورها و غیره در سیلیکون، حد بالای دمای عملیاتی دستگاه ها می تواند بستگی به درجه تصفیه مواد 120-200 درجه سانتیگراد باشد، که به طور قابل توجهی بالاتر از آلمان است.
همانطور که قبلا دیده ایم، هدایت خاص توسط فرمول بیان می شود
جایی که n غلظت حامل های شارژ است که خواص هدایت این بدن را تعیین می کنند و شما تحرک این حامل ها است. حامل های شارژ می توانند هر دو الکترون و سوراخ باشند. جالب است که توجه داشته باشید که اگر چه، همانطور که می دانید، اکثریت فلزات شارژر رایگان اتهامات الکترونها هستند، در برخی از فلزات، نقش شارژرهای آزاد شارژر را انجام می دهد. نمایندگان معمولی فلز با هدایت سوراخ، روی، بریلیم و برخی دیگر هستند.
برای تعیین وابستگی هدایت به درجه حرارت، لازم است بدانیم که وابستگی دما به غلظت حامل های آزاد و تحرک آنها چیست. در فلزات، غلظت حامل های شارژ آزاد به درجه حرارت بستگی ندارد. بنابراین، تغییر در هدایت فلزات بسته به درجه حرارت به طور کامل توسط وابستگی دما از تحرک حامل ها تعیین می شود. در نیمه هادی ها، برعکس، غلظت حامل ها به طور چشمگیری به درجه حرارت بستگی دارد و تغییرات دما در تحرک عملا غیر قابل تشخیص است. با این حال، در مناطقی از درجه حرارت، جایی که غلظت حامل ها ثابت است (ناحیه تخلیه و منطقه اشباع ناخالصی)، دوره وابستگی دما به هدایت به طور کامل توسط تغییر دما حامل تعیین می شود تحرک
معنای تحرک خود توسط فرآیند پراکندگی حامل بر نقص های مختلف شبکه کریستال تعیین می شود، یعنی با تغییر سرعت حرکت حرکت حامل های حامل زمانی که آنها با نقایص های مختلف ارتباط برقرار می کنند. تعامل حامل ها با اتم های یونیزه از ناخالصی های مختلف و نوسانات حرارتی شبکه های کریستال مهمترین هستند. در مناطق مختلف درجه حرارت، فرآیندهای پراکندگی ناشی از این تعاملات متفاوت است.
در زمینه دمای پایین، زمانی که نوسانات حرارتی اتم ها بسیار کوچک هستند، آنها می توانند نادیده گرفته شوند، پراکندگی بر روی اتم های ناخالصی یونیزه اولیه است. در منطقه دمای بالا، زمانی که در فرآیند نوسانات حرارتی، اتم های شبکه به طور قابل توجهی از موقعیت یک تعادل پایدار در کریستال تغییر می کنند، پراکندگی حرارتی بر روی جلو انجام می شود.
پراکندگی در اتم های ناخالصی یونیزه. در نیمه هادی های ناخالصی، غلظت اتم های ناخالصی چندین بار غلظت ناخالصی ها در فلزات است. حتی با درجه حرارت کافی کم، اکثر اتم های ناخالصی در یک دولت یونیزه هستند که به نظر می رسد کاملا طبیعی است، زیرا منشاء هدایت نیمه هادی ها عمدتا با یونیزاسیون ناخالصی ها همراه است. پراکندگی حامل ها بر روی یون های ناخالصی بسیار قوی تر از پراکندگی در اتم های خنثی است. این به این واقعیت توضیح داده شده است که اگر پراکندگی حامل در یک اتم خنثی با یک برخورد مستقیم رخ دهد، پس برای پراکندگی بر روی یک اتم یونیزه، یک حامل کافی برای رسیدن به منطقه میدان الکتریکی ایجاد شده توسط یون (شکل . 28) هنگامی که الکترون از طریق منطقه میدان الکتریکی ایجاد شده توسط یون مثبت پرواز می کند، مسیر پرواز آن تحت تغییر قرار می گیرد، همانطور که در شکل نشان داده شده است؛ در این مورد، میزان حرکت جهت آن، با قرار دادن زمینه های خارجی به دست می آید، قبل از اینکه الکترون به طور نزدیک نزدیک به یون عبور کند، پس از پراکندگی جهت حرکت الکترون ممکن است به طور کلی جهت مخالف الکتریکی خارجی باشد رشته.
با توجه به وظیفه پراکندگی ذرات شارژ بر مراکز شارژ، فیزیکدان برجسته انگلیسی E. Rutherford نتیجه گرفت که طول مسافت پیموده شده آزاد ذرات متناسب با درجه چهارم سرعت آنها است:
استفاده از این وابستگی به پراکندگی حامل ها در نیمه هادی ها منجر به بسیار جالب و در نگاه اول، نتیجه غیر منتظره: تحرک حامل در زمینه دمای پایین باید با افزایش دمای افزایش یابد. در واقع، تحرک حامل به نظر می رسد متناسب با سرعت حرکت آنها:
در عین حال، متوسط \u200b\u200bانرژی جنبشی حامل های شارژ در نیمه هادی ها متناسب با درجه حرارت A است، به این معنی است که میانگین سرعت حرارتی متناسب با مربع ریشه است 
در نتیجه، تحرک رسانه ها در دمای زیر قرار دارد:
در زمینه دماهای پایین، زمانی که پراکندگی بر روی ناخالصی های یونیزه نقش اصلی را بازی می کند و زمانی که نوسانات حرارتی اتم های شبکه را نادیده می گیرد، تحرک حامل افزایش می یابد، زیرا دما نسبت به شاخه سمت چپ منحنی U (t) افزایش می یابد در شکل 29). به طور کیفی، چنین وابستگی کاملا توضیح داده شده است: بیشتر سرعت حرارتی حامل ها، زمان کمتر آنها در زمینه اتم یونیزه شده و تحریف کمتر از مسیر آنها است. با توجه به این، طول مسیر آزاد حمل و نقل افزایش می یابد و تحرک آنها افزایش می یابد.
پراکندگی بر روی نوسانات حرارتی. با افزایش دمای، سرعت متوسط \u200b\u200bحرکت حامل حرارتی به میزان زیادی افزایش می یابد که احتمال پراکندگی آنها بر روی ناخالصی های یونیزه بسیار کوچک می شود. در همان زمان، دامنه نوسانات حرارتی اتم های شبکه افزایش می یابد، به طوری که پراکندگی حامل های حامل بر روی نوسانات حرارتی انجام می شود. با تشکر از رشد پراکندگی بر نوسانات گرما، طول مسیر آزاد حامل به عنوان نیمه هادی گرم می شود و بنابراین تحرک آنهاست.
دوره خاص وابستگی در زمینه دمای بالا برای نیمه هادی های مختلف غیر پالایشگاه. این توسط ماهیت نیمه هادی، عرض منطقه ممنوعه، غلظت ناخالصی ها و برخی عوامل دیگر تعیین می شود. با این حال، برای نیمه هادی های معمولی کووالانسی، به ویژه برای آلمان و سیلیکون، با غلظت های بیش از حد بزرگ از ناخالصی، وابستگی U (t) فرم:
(قسمت راست منحنی را در شکل 29 ببینید).
بنابراین، تحرک رسانه ها در نیمه هادی ها در زمینه دماهای پایین به طور مستقیم در حال رشد است و در منطقه دمای بالا، آن را به طور نسبی کاهش می دهد
وابستگی هدایت نیمه هادی به دما. دانستن وابستگی دما به جنبش و غلظت حامل ها در نیمه هادی ها، ماهیت وابستگی دما به هدایت نیمه هادی ها می تواند ایجاد شود. به شدت اعتیاد 
نشان دادن در شکل 30. دوره این منحنی بسیار نزدیک به دوره منحنی است 
نشان داده شده در شکل 25. از آنجا که وابستگی غلظت حامل بر دمای بسیار قوی تر از وابستگی دما از تحرک آنها، پس از آن در مناطق هدایت ناخالصی (بخش AB) و هدایت آن (بخش CD)، وابستگی به آن است هدایت خاص σ (T) تقریبا به طور کامل توسط وابستگی وابستگی غلظت حامل بر دما تعیین می شود. زاویه های تمایل این بخش های گراف به انرژی یونیزاسیون اتم های ناخالصی اهدا کننده و در عرض ناحیه نیمه هادی ممنوعه بستگی دارد. زاویه مماس گرایش γ n متناسب با انرژی های جداسازی اتم الکترونی پنجم از ناخالصی اهدا کننده. بنابراین، دریافت یک گراف تجربی از تغییر در هدایت نیمه هادی ها هنگامی که بر روی بخش ناخالص AB گرم می شود، می توان ارزش انرژی فعال سازی سطح اهدا کننده را تعیین کرد، یعنی فاصله انرژی سطح اهدا کننده WD از پایین منطقه هدایت (نگاه کنید به شکل 20). مماس زاویه گرایش γ من متناسب با انرژی انتقال الکترون از منطقه والنس به منطقه هدایت، یعنی انرژی های ایجاد حامل های خود در نیمه هادی است. بنابراین، پس از به دست آوردن تجربی قبل از وابستگی هدایت به درجه حرارت بر روی CD بخش خود، می توان عرض عرض منطقه ممنوعه W G را تعیین کرد (نگاه کنید به شکل 17). مقادیر W D و W G مهمترین ویژگی های نیمه هادی است.
تفاوت اصلی بین وابستگی σ (t) و n (t) بر روی بخش BC بین دمای تخلیه ناخالصی های T S و دمای انتقال به هدایت خود من وجود دارد. این منطقه مربوط به وضعیت یونیزه تمام اتم های ناخالص است و هدایت خود را ایجاد می کند، انرژی نوسانات حرارتی هنوز ناکافی است. بنابراین، غلظت حامل ها، تقریبا برابر با غلظت اتم های ناخالصی، با افزایش دمای تغییر نمی کند. حرکت وابستگی دما به هدایت در این منطقه توسط روند وابستگی به دمای تحرک حامل تعیین می شود. در اغلب موارد، با غلظت معقول ناخالصی، مکانیسم اصلی پراکندگی رسانه ها در این محدوده دما، پراکندگی بر نوسانات گرما از شبکه است. این مکانیسم کاهش تحرک حامل را تعیین می کند و در نتیجه هدایت نیمه هادی ها با افزایش دمای بر روی سایت BC را تعیین می کند.
در نیمه هادی های دژنراسیون، به علت غلظت بزرگی از ناخالصی ها به علت همپوشانی یون های الکتریکی، پراکندگی حامل ها بر روی اتم های ناخالصی یونیزه، ارزش اصلی تا دماهای بالا را حفظ می کند. و برای این مکانیزم، مکانیزم پراکندگی با افزایش تحرک حامل با افزایش دما مشخص می شود.
نیمه هادی مواد نامیده می شود، ویژگی اصلی آن وابستگی هدایت الکتریکی خاص از تاثیرات انرژی خارجی، و همچنین بر روی غلظت و نوع ناخالصی است.
تفاوت های کیفی در خواص نیمه هادی ها و
Vodnov توسط نوع اوراق قرضه شیمیایی آنها تعیین می شود. در فلزات، الکترون های ولنتاین اتم های شبکه های کریستال بخشی از جمعی از حمل کننده های بار معادل، به نام گاز الکترون (ارتباطات فلزی) هستند. تعداد این هاست
اتهام شارژ، که مربوط به تعداد اتم ها است
حجم خوبی از شبکه کریستال. این تمرکز غیرممکن است که این غلظت حامل های شارژ را به نفوذ عامل خارجی (درجه حرارت، تابش، مصرف ناخالصی ها، تغییر شکل و غیره) تغییر دهیم. از این رو تمام ویژگی های هدایت های هدایت کننده: یک ضریب درجه حرارت مثبت مقاومت خاص، استقلال غلظت حامل های شارژ از ناخالصی ها در شبکه، ابررسانایی و غیره
در نیمه هادی ها، تمام الکترون های Valence اتم ها در تشکیل یک کووالانتی (یا یون-کووالانتی) یک پیوند شیمیایی اشباع شده شرکت می کنند. با در بلورهای نیمه هادی، یک حامل شارژ بدون شبه وجود ندارد که قادر به شرکت در یک حرکت جهت در مواجهه با یک عامل خارجی، یعنی درجه حرارت مطلق صفر، نیمه هادی هدایت الکتریکی ندارد. قدرت ارتباط Covalent (یون-کووالانتی) (انرژی ارتباطی) مربوط به عرض منطقه نیمه هادی ممنوعه است. در دماهای غیر از 0 K، بخشی از حامل های شارژ، داشتن انرژی حرارتی می تواند پیوند شیمیایی را از بین ببرد، که منجر به تشکیل یک مقدار برابر الکترون ها در ناحیه هدایت و حفره ها در منطقه والنس می شود. روند ترموتراسیون شارژ حامل های احتمالی، و در صورت تولید حامل های خود، اتهام غلظت آنها با رابطه تعیین می شود
جایی که من - تراکم موثر ایالات، به ترتیب به ترتیب به پایین منطقه هدایت به سقف منطقه آزاد.
برای کنترل نوع هدایت الکتریکی و مقدار هدایت نیمه رسانای به گره های شبکه کریستال آن، در غلظت کم ناخالصی ها با والنس معرفی می شود
تفاوت در یک طرف بزرگ یا کوچکتر از ارزش اتمهای نیمه هادی اصلی. چنین ناخالصی ها در منطقه نیمه هادی ممنوعه مربوط به سطوح انرژی اضافی است: اهدا کننده - در نزدیکی پایین منطقه هدایت و پذیرش - در نزدیکی سقف منطقه والنس. انرژی مورد نیاز برای ترموژنراسیون حامل های شارژ ناشی از وجود ناخالصی ها (انرژی یونیزاسیون ناخالصی) 50 تا 100 برابر کمتر از عرض منطقه ممنوعه است:
فرایند ترموژنراسیون حامل های ناخالص نیز احتمالا توسط فرمول ها توصیف شده است
غلظت ناخالصی های اهدا کننده کجاست؟ - زایمان پذیرش در حالی که درجه حرارت کم است، نه تمام ناخالصی یونیزوها و غلظت حامل ها توسط فرمول ها محاسبه می شود (4). با این حال، در موارد معمول، در حال حاضر در دمای به طور قابل توجهی کمتر از اتاق (حدود -60 0 درجه سانتیگراد)، تمام ناخالصی ها یونیزه شده و با حرارت بیشتر، غلظت تغییر نمی کند و برابر غلظت ناخالصی های معرفی شده (هر اتم از ناخالص "به یک حامل شارژ" داد. بنابراین، در برخی از محدوده دما، غلظت حامل ها عملا، به درجه حرارت بستگی ندارد (منطقه دوم شکل 4). با این حال، با افزایش قابل توجهی در درجه حرارت (برای سیلیکون، به عنوان مثال، صد حدود 120 درجه سانتیگراد)، فروپاشی اوراق قرضه خود را بر مکانیزم نشان داده شده توسط فرمول (3) و غلظت حامل های شارژ شروع به رشد به شدت افزایش می دهد. در نظر گرفته شده نشان می دهد شکل. 4، که وابستگی های دما را از غلظت های حامل شارژ در مقیاس نیمه چمدان از دمای معکوس ارائه می دهد (راحتی این مقیاس بعد از عبارات لگاریتم (3) و (4)) آشکار می شود.
در اینجا - دمای خستگی ناخالص، دمای انتقال به هدایت خود است. فرمول برای RAS
شکل. 4. وابستگی دما به غلظت حامل های شارژ کلیدی در نیمه هادی ناخالصی n. - نوع من. - منطقه یونیزاسیون ضعیف از ناخالصی ها (کانال ناخالص) ()؛ دوم - ناحیه خستگی ناخالص ()؛ III - منطقه هدایت خود ().
چت این دما در زیر نشان داده شده است. در منطقه .III نسل حامل های شارژ مطابق با فرمول (3) رخ می دهد. در دمای پایین، این روند ناچیز است و بنابراین در منطقه .من. نسل حامل ها تنها توسط فرمول تعیین می شود (4). به شرح زیر از عبارات (3) و (4)، زاویه بزرگتر است، بزرگتر عرض منطقه نیمه هادی ممنوعه، و زاویه بزرگتر است، بیشتر انرژی یونیزاسیون اهدا کنندگان (پذیرش) بیشتر است. با توجه به این که ما نتیجه گرفتیم که\u003e.
حامل های شبه بدون شبه (و الکترون ها و سوراخ ها)، داشتن یک انرژی حرارتی متوسط، یک حرکت هرج و مرج را با یک اثر خارجی حرارتی (میدان الکتریکی، میدان الکترومغناطیسی، گرادیان درجه حرارت، و غیره) تنها "سفارش" این هرج و مرج، کمی "این هرج و مرج از حامل های شارژ، عمدتا مطابق با اثر پیوست شده است. اگر این نفوذ خارجی میدان الکتریکی باشد، حرکت جهت حامل های شارژ - رانش رخ می دهد. در همان زمان تراکم جریان رانش
کجا - هدایت الکتریکی - غلظت حامل های شارژ - میزان حرکت جهت حرکت تحت تاثیر شدت میدان الکتریکی خارجی E..
به عنوان یک قاعده، زمانی که قانون اهم انجام می شود، انتصاب e فقط حمل و نقل حمل و نقل را بدون تغییر انرژی خود ارسال کنید (زمینه ها ضعیف هستند). بنابراین، میزان حرکت حامل های شارژ برابر باقی می ماند و سرعت رانش مشخص کننده کارایی حرکت جهت تیم حامل شارژ بستگی به نقص های مختلف در شبکه های کریستال به شدت با این جنبش دخالت می کند. پارامتر مشخصه اثربخشی حرکت جهت حامل های شارژ، تحرک نامیده می شود:
بدیهی است، بزرگتر در شبکه کریستال نقص درگیر در پراکندگی حامل های شارژ، کمتر است. تحت پراکندگی، تغییرات در حرکت شبه پالس جهت حامل های شارژ ناشی از نفوذ نقص ها. علاوه بر این، از آنجا که در کریستال همیشه انواع مختلف نقص وجود دارد (نوسانات حرارتی اتم ها، ناخالصی ها، و غیره)، تحرک حامل شارژ "کنترل شده" توسط مکانیسم پراکندگی کارآمد است:
جایی که M σ تحرک حاصل از حامل های شارژ در نیمه هادی است؛ m i - تحرک به دلیل من.مکانیسم پراکندگی به عنوان مثال، در دمای بالا، M σ توسط کمک به پراکندگی نوسانات گرما از شبکه کنترل می شود و با افزایش دمای کاهش می یابد. در زمینه درجه حرارت پایین، زمانی که سهم پراکندگی شبکه در m σ کوچک است، حامل های شارژ با یک زمان کوچک و طولانی به نظر می رسد در زمینه نیروهای کولم (جاذبه یا انفجار) ناخالصی یونیزه. این مکانیسم پراکندگی "کنترل" M σ در نیمه هادی ها در دمای پایین است. بنابراین، تحرک حامل های شارژ بسته به دما به وسیله نسبت نیمه تجربی فرم تعیین می شود:
جایی که آ.و ب - مقادیر دائمی
وابستگی کیفی LNM σ (T) در کریستال های فرم (7) در شکل نشان داده شده است. 5. در این شکل، منحنی های 1 و 2 این واقعیت را نشان می دهد که افزایش غلظت ناخالصی ها را افزایش می دهد ( n. PR1<n. PR2) M σ را در زمینه دمای پایین کاهش می دهد، و مکانیزم پیوسته پراکندگی شبکه را در کریستال ترک می کند.
پراکندگی شبکه در فونون های صوتی غالب است t\u003e100 K. در این مورد، در منطقه ناخالصی، زمانی که شما می توانید قرار دهید
شکل. 5. وابستگی دما از تحرک حامل های شارژ هدایت الکتریکی می تواند با افزایش دما با کاهش تحرک حامل های m σ کاهش یابد ( T.) با توجه به پراکندگی حامل های شارژ بر روی فونون های صوتی. وظیفه برای برنامه ریزی کار هدف از کار: هدایت الکتریکی تابش نیمه هادی فلزی E \u003d 2K (LN (R) / (1/1)) جایی که k \u003d 1.38 * 10-23 J / k، t - دما در Kelvin، R (OM) - مقاومت. 3. شیب بخش خطی نمودار را تعیین کنید و ضریب انبساط خطی را برای فلز محاسبه کنید و آن را با مقدار جدول مقایسه کنید. برای فلزات و نیمه هادی ها، تأثیر تغییرات در هدایت زمانی که درجه حرارت تغییر می کند شناخته شده است. مکانیسم پدیده در این مواد متنوع است. همانطور که شناخته شده است، فلزات با افزایش مقاومت دما به دلیل افزایش پراکندگی انرژی حامل های فعلی بر نوسانات شبکه توسط قانون افزایش می یابد rt \u003d ro (1 + a (t - tot))، جایی که RO مقاومت در 0 درجه سانتیگراد (273 کیلوگرم) است؛ RT - مقاومت در دمای T1، ضریب درجه حرارت. برای فلزات مختلف، ارزش آن متفاوت است. بنابراین برای پلاتین A \u003d 3.9 · 10-3 K-1، برای نیکل A \u003d 5.39 · 10-3 K-1. دماسنج مقاومت در برابر اموال مقاومت مقاومت ایجاد می شود، که اجازه می دهد تا دمای مقاومت را در محدوده -200 تا 850 درجه سانتیگراد اندازه گیری کند. رایج ترین ترمومتر بر اساس مقاومت نیکل و پلاتین است: PT-100 یا Ni- 100 مقاومت آنها در 0 درجه سانتیگراد برابر با 100 اهم انتخاب شده است. استاندارد نیز مقاومت در 500 اهم و 1 کام است. برای انتقال مقدار اندازه گیری، مقاومت به مقادیر دما، جداول خاصی وجود دارد. 1. وابستگی درجه حرارت مقاومت حرکت الکترون های آزاد در فلز می تواند به عنوان انتشار امواج تخت در نظر گرفته شود، که طول آن توسط نسبت de Broglyl تعیین می شود: جایی که V سرعت متوسط \u200b\u200bحرکت گرما است، انرژی ذرات است. چنین موج مسطح در پتانسیل دوره ای دقیق از شبکه کریستال کامل بدون پراکندگی انرژی، I.E. بدون تضعیف بنابراین، مسیر آزاد الکترون در کریستال کامل برابر است، و مقاومت الکتریکی صفر است. پراکندگی انرژی منجر به مقاومت در برابر نقص ساختار مرتبط است. پراکندگی موثر امواج زمانی رخ می دهد که اندازه مراکز پراکندگی بیش از حد است. در فلزات، انرژی الکترونها 3؟ 15 EV، I.E. L \u003d 3؟ 7 A. بنابراین، هر میکرونژنیک از گسترش موج جلوگیری می کند. در فلزات خالص، تنها دلیل پراکندگی و طول محدود کردن مسافت پیموده شده آزاد الکترون، نوسانات حرارتی شبکه است، I.E. اتم ها با افزایش دمای دامنه نوسان های حرارتی رشد می کند. اگر ما معتقدیم ساده است که شدت پراکندگی به طور مستقیم متناسب با بخش مقطع حجم حوزه است که توسط اتم نوسان و بخش DA2 اشغال شده است، جایی که DA دامنه نوسانات حرارتی است، سپس طول مسیر رایگان: جایی که N تعداد اتم ها در هر واحد حجم است. انرژی بالقوه یک اتم انحراف به DA از گره توسط کشش تعیین می شود. انرژی الاستیک، EUPR، به عنوان نوشته شده است جایی که KUPR ضریب انعطاف پذیری است. متوسط \u200b\u200bانرژی یک نوسانگر هارمونیک یک بعدی برابر با KT است kt\u003e (da) 2 \u003d (4) در زمینه دمای پایین، نه تنها دامنه نوسان ها کاهش می یابد، بلکه فرکانس نوسانات اتم ها و پراکندگی موثر نیست، به عنوان مثال تعامل با شبکه فقط کمی پالس الکترونها را تغییر می دهد. حداکثر فرکانس نوسانات حرارتی Vmax توسط دمای دبی، انرژی حرارتی تعیین می شود در نظریه کلاسیک، هدایت خاص جایی که VF یک سرعت الکترون در نزدیکی سطح فرمی است، N غلظت الکترون در هر واحد حجم است. با توجه به این شکل. یکی وابستگی مقاومت فلزات: الف) - در طیف گسترده ای از درجه حرارت، B) - برای مواد مختلف. تقریب خطی وابستگی دما RT (t) به T ~، و ~ 400-450 K برای اکثر فلزات معتبر است. بنابراین، تقریب خطی در دمای اتاق و بالاتر معتبر است. با T.< Tкомн. cпад rT обусловлен выключением фононных частот и rT ~ Т5 - закон Блоха - Грюнайзена (участок степенной зависимости очень мал) (Рис. 1). به این ترتیب، rt \u003d r درباره انجام شده در محدوده دما مشخص (شکل 1). مقاومت پلاتین اندازه گیری بر اساس نوع سرامیکی PT-100 در محدوده 0 کار می کند؟ 400С، در حالی که مقدار مقاومت از 100 تا 247.04 اهم تقریبا به طور خطی متفاوت است. 2. مبانی نظریه منطقه کریستال. جامد، همانطور که شناخته شده است، متشکل از اتم ها، I.E. از هسته اتم ها و الکترون ها. هسته های اتمی یک شبکه کریستال تشکیل شده است که فرکانس فضایی دارد. حرکت الکترونها در جامد معادل حرکت الکترونها در یک دوره دوره ای فضایی است. هنگام توصیف حرکت الکترون در زمینه دوره ای از شبکه کریستال، مکانیک کوانتومی چنین نتایجی را برای مقایسه با نتایج مکانیکی کوانتومی برای یک اتم جدا شده فراهم می کند. الکترونها در یک اتم جدا شده دارای مقادیر انرژی گسسته هستند و طیف اتم آزاد، مجموعه ای از خطوط طیفی گسسته را نشان می دهد (شکل 2). هنگامی که ترکیب N اتم های یکسان تشکیل یک جامد، هر سطح انرژی به سطوح نزدیک به تقریبا دروغ می گوید که منطقه را تشکیل می دهند (شکل 2-B). بنابراین، به جای سیستم سطح انرژی فردی در جامد، سیستم مناطق انرژی به نظر می رسد، که هر کدام از آنها از سطوح نزدیک قرار گرفته اند. مناطق انرژی های پرفولد شده توسط برخی از فاصله ها از یکدیگر جدا شده اند، به نام منطقه ممنوعه (شکل 2). انرژی "فاصله" بین مناطق مجاز (به عنوان مثال، عرض مناطق ممنوعه) توسط انرژی باند الکترون با اتم های شبکه تعیین می شود. شکل. 3 اگر عناصر بخشی از سطوح آزاد هستند یا بر روی منطقه اصلی اعمال می شود بر روی یک منطقه آزاد، غیرقانونی اعمال می شود، پس از آن عناصر خواص فلزی را بیان می کنند. توزیع الکترونها توسط انرژی در فلز توسط آمار Fermi Dirac تعیین می شود. تابع توزیع این است: k - boltzmann دائمی، T - دمای مطلق، E - انرژی الکترونی جنبشی واقع در یک سطح انرژی داده شده، EF - انرژی سطح فرمی. وابستگی گرافیکی به E در شکل نشان داده شده است. 3. منحنی این وابستگی به t \u003d 0 را نشان می دهد. برنامه نشان می دهد که تمام کشورهای انرژی، EF کمتر، توسط الکترون ها اشغال می شوند. در ایالات متحده با انرژی الکترونی EF EF. در دمای بالاتر از صفر مطلق (t\u003e 0)، توزیع الکترونها توسط انرژی منحنی 2. در این مورد الکترونها با انرژی E\u003e EF وجود دارد. شکل. چهار. در نیمه هادی ها و دی الکتریک، منطقه الکترون های والنس به طور کامل پر شده است، و نزدیکترین منطقه آزاد - منطقه هدایت از آن یک منطقه ممنوعه جدا شده است. برای عرض دی الکتریک، ممنوعیت E به چند الکترون ولت می رسد، برای نیمه هادی ها به طور قابل توجهی کمتر، به عنوان مثال، برای آلمان E \u003d 0.72 EV. عرض منطقه ممنوعه مهمترین پارامتر نیمه هادی یا دی الکتریک است و تا حد زیادی خواص آن را تعیین می کند. هدایت الکترونیکی در نیمه هادی ها، و همچنین در فلزات، به عنوان گاز کامل و وابسته به آمار Fermi Dirac محسوب می شود. تابع توزیع مشاهده شده است. اتم های مواد خارجی در شبکه های کریستال بر روی خواص نیمه هادی ها هستند. ناخالصی، دوره ای از کریستال را مختل می کند و سطوح اضافی را در طیف انرژی نیمه هادی های واقع در منطقه ممنوعه تشکیل می دهد. اگر سطح انرژی ناخالص در نزدیکی پایین منطقه هدایت باشد (شکل 5)، انتقال حرارت الکترونها از این سطوح به منطقه هدایت، بیشتر از انتقال از منطقه پر شده، بیشتر خواهد بود غلظت الکترونها در منطقه هدایت در این مورد بزرگتر از غلظت سوراخ در منطقه خالی خواهد بود. چنین ناخالصی ها اهدا کننده نامیده می شود و هدایت الکترونیکی یا نوع n. اگر سطوح ناخالص در نزدیکی مرز منطقه والنس قرار داشته باشد، الکترونها که تحت عمل جراحی حرارتی قرار می گیرند، متصل می شوند. در این مورد، حامل های اصلی فعلی سوراخ در منطقه پر شده است. چنین ناخالصی ها پذیرفته می شوند و نیمه هادی ها دارای هدایت سوراخ یا نوع P هستند. شکل. پنج الف) اهدا کننده؛ ب) پذیرش اجازه دهید نمونه ای از نیمه هادی های ابتدایی آلمان را توضیح دهیم، واقع در یک زیرگروه 4 زیرگروه Mendeleev. هر یک از اتم های آن دارای چهار الکترون الکترونها و چهار ارتباطات ارتباطی تتراپرال است. با تشکر از تعامل دو طرفه الکترونیکی (کووالانسی) اتم های همسایه، منطقه V آن به طور کامل اشغال می شود. جایگزینی اتم های اتمهای اصلی مواد اصلی عناصر ناخالص 5 زیرگروه - آنتیموان، آرسنیک، فسفر - به معنای ورود به سیستم جفت ارز - اوراق قرضه الکترونیکی اتم ها با الکترونهای "اضافی" است. این الکترون ها با اتم های اطراف آن بسیار ضعیف تر از بقیه هستند و نسبتا به راحتی می توانند در مورد روابط ولنتاین آزاد باشند. در زبان انرژی، این به معنی ظاهر در لبه پایین منطقه هدایت سطح اهدا کننده با انرژی یونیزاسیون است. نتیجه مشابهی با معرفی ناخالصی های 3 زیرگروه - آلومینیوم، هند، گالیم به دست می آید: عدم وجود الکترون ها از منطقه V در سطوح پذیرنده. ضروری است که غلظت اتم های ناخالصی اتم های بسیار کمتر از مواد اصلی است - در این مورد، سطح انرژی اتم ها می تواند محلی باشد. وابستگی درجه حرارت هدایت الکتریکی نیمه هادی ها. در نیمه هادی خود، رسانه های آزاد تنها به دلیل شکستن اوراق قرضه ولنتاین بوجود می آیند، بنابراین تعداد سوراخ ها برابر با تعداد الکترون های آزاد است، I.E. n \u003d p \u003d ni، جایی که نیکل پایان دادن به خود است، و هدایت الکتریکی در این دما برابر است: جایی که MN و MP - تحرک و سوراخ الکترون، e - الکترون شارژ در نیمه هادی اهدا کننده، هدایت الکتریکی تعیین می شود در صورت شيوع ناخالصی هاي پذيرشي وابستگی درجه حرارت هدایت الکتریکی به وسیله وابستگی غلظت N بر تحرک حامل های شارژ از دما تعیین می شود. نیمه هادی خود برای نیمه هادی خود، غلظت حامل های شارژ (n \u003d n \u003d ni) را می توان با نسبت بیان کرد: جایی که نسبتا ضعیف به درجه حرارت بستگی دارد. از (3) دیده می شود که پایان دادن به حامل های Ni آزاد بستگی به دمای T، عرض منطقه ممنوعه E، مقادیر جرم موثر حمل کننده های شارژ m * n و m * p. وابستگی دما به غلظت Ni در E \u003e\u003e KT به طور عمده توسط یک عضو نمایشی معادله تعیین می شود. از آنجا که ضعیف به درجه حرارت بستگی دارد، گراف وابستگی LN Ni از 1 / T باید توسط خط مستقیم بیان شود. نیمه هادی Danior. در دماهای پایین، ممکن است تعداد انتقال الکترون ها را از ناحیه والنس به منطقه هدایت، نادیده بگیرد و تنها انتقال الکترون ها از سطوح اهدا کننده به منطقه هدایت را در نظر بگیریم. وابستگی دما غلظت الکترون های آزاد نیمه هادی اهدا کننده در دمای پایین نسبتا پایین و یونیزاسیون جزئی اتم های ناخالصی با نسبت بیان می شود: جایی که Na تعداد سطوح (اتم ها) از ناخالصی اهدا کننده در یک واحد نیمه هادی واحد (پایان ناخالصی اهدا کننده) است e عمق عمق ناخالصی اهدا کننده. از (10) به شرح زیر است این یک منطقه از یونیزاسیون ضعیف ناخالصی است. این شماره توسط شماره 1 در شکل نشان داده شده است. 6، که تغییر در غلظت N را با درجه حرارت برای نیمه هادی کمک کننده نشان می دهد. شکل. 6 در دمای بالاتر KT\u003e E، زمانی که تمام الکترونها با سطوح اهدا کننده می توانند به منطقه C بروند. پایان دادن به الکترونها در منطقه هدایت برابر با پایان دادن به ناخالصی اهدا کننده N \u003d Na است. این محدوده دما که در آن یونیزاسیون ناخالصی رخ می دهد، نام منطقه خستگی ناخالص و در شکل است. 6 رقم مشخص شده 2. با افزایش بیشتر دما، یونیزاسیون اتم های اصلی مواد اولیه آغاز می شود. پایان دادن به الکترونهای منطقه C در حال حاضر به علت انتقال الکترون ها از والنس در منطقه C افزایش می یابد، حامل های غیر هسته ای سوراخ شارژ در منطقه Valence ظاهر می شود. هنگامی که سطح فرمی به وسط منطقه ممنوعه می رسد، n \u003d p \u003d ni و نیمه هادی از ناخالصی به خود ادامه می دهند (منطقه 3. شکل 6). نیمه هادی پذیرنده در دماهای پایین، شما می توانید انتقال الکترون ها از V به منطقه C را نادیده بگیرید و تنها انتقال الکترون ها از منطقه Valence به سطوح پذیرنده را در نظر بگیرید. در این مورد، وابستگی درجه حرارت غلظت سوراخ های آزاد بیان می شود: جایی که Na پذیرش از ناخالصی پذیرش است، انرژی فعال سازی ناخالص پذیرش. از (12) به شرح زیر است با افزایش دمای، تمام سطوح پذیرنده با الکترون هایی که از منطقه V حرکت می کنند پر می شود. هنگامی که KT\u003e e A، ناخالصی خسته شده است، غلظت سوراخ ها در منطقه V برابر با غلظت ناخالصی پذیرش NA است. با افزایش بیشتر دما، بیشتر و بیشتر از حامل های خود به دلیل انتقال الکترون از V به منطقه C وجود دارد و در برخی از دما، هدایت نیمه هادی به خود تبدیل می شود. وابستگی دما از تحرک حامل. تحرک حامل های شارژ M، عددی برابر با سرعت حمل و نقل، توسط آنها تحت عمل یک میدان الکتریکی از تنش تک خریداری شده است: تحرک الکترونها، متر و سوراخ ها، MPS به دلیل تفاوت در توده های موثر و زمان پیموده شده آزاد الکترون و سوراخ متفاوت است که بستگی به مکانیزم پراکندگی الکترون و سوراخ در شبکه کریستال نیمه هادی دارد. شما می توانید چندین مکانیزم پراکندگی حامل شارژ را انتخاب کنید: در نوسانات حرارتی اتم های شبکه کریستال؛ در ناخالصی های یونیزه (یون های ناخالصی)؛ در ناخالصی های خنثی (اتم های ناخالصی)؛ در نقص های شبکه (جای خالی، نقص نقطه، جابجایی، مرزهای کریستالیت، و غیره)؛ بر روی حامل های شارژ با توجه به کمبود تخریب نقایص و حامل های شارژ 4) و 5)، گونه های پراکندگی معمولا نادیده گرفته می شوند. در مورد پراکندگی حامل های شارژ (امواج این حامل ها) بر نوسانات گرما شبکه، تحرک ناشی از این نوع پراکندگی با افزایش درجه حرارت توسط قانون کاهش می یابد پراکندگی در نوسانات گرما، شبکه در دمای بالا غالب می شود. در مورد پراکندگی حامل ها بر روی ناخالصی های یونیزه، تحرک با درجه حرارت رشد می کند: این مکانیسم پراکندگی در دمای پایین غالب است. اگر هر دو مکانیسم 1) و 2 در پراکندگی حامل ها دخیل باشند) و آنها مستقل هستند، سپس وابستگی درجه حرارت M را می توان به عنوان: جایی که A و B تکنیک های تناسب دارند. پراکندگی حامل ها بر روی ناخالصی های خنثی وابسته به دمای یا انرژی حامل ها نیست و در دمای بسیار کم تاثیر می گذارد، زمانی که نوسانات گرما شبکه نقش قابل توجهی را بازی نمی کند و درجه یونیزاسیون ناخالصی های ناخالصی ها را بازی نمی کند مالا وابستگی دما با توجه به وابستگی غلظت و تحرک حامل های شارژ از دما، هدایت الکتریکی خاص نیمه هادی خود را می توان به عنوان: ضربان به آرامی با درجه حرارت متفاوت است، در حالی که چند ضلعی به شدت به درجه حرارت زمانی که E \u003e\u003e KT بستگی دارد. بنابراین، برای درجه حرارت بیش از حد بالا، ما می توانیم این را فرض کنیم و عبارت (18) جایگزین ساده تر می شود هنگام حرکت از دمای پایین به بالا، رفتار نیمه هادی را در نظر بگیرید. در نیمه هادی اهدا کننده یا گیرنده، هدایت در دمای پایین، ناخالصی است. از آنجا که درجه حرارت کم است، پس از آن، ناخالصی های یونیزه شده و پراکندگی در اتم های خنثی غالب می شود، که M با درجه حرارت تغییر نمی کند. بنابراین، وابستگی دما به وسیله وابستگی غلظت دما تعیین می شود. برای هدایت الکتریکی نیمه هادی اهدا کننده با توجه به (2.4) و (2.5) شما می توانید ضبط کنید بر این اساس، هدایت الکتریکی نیمه هادی پذیرنده. بدیهی است، اگر معادلات (14) و (15) گرافیکی را به صورت گرافیکی در مختصات LN و 1 / T، سپس از دامنه های این وابستگی ها بسازند (شکل 7)، شما می توانید انرژی یونیزاسیون یک ناخالصی اهدا کننده یا پذیرش را تعیین کنید: ما درجه حرارت را بالا می بریم و به ناحیه تخلیه ناخالصی می افتیم (شکل 6. منطقه 2)، که در آن پایان حامل های اصلی ثابت باقی می ماند و هدایت به علت تغییر در تحرک M با دمای تغییر می کند. در بخش 2 منحنی LN (1 / T) (شکل 7) و هدایت الکتریکی کمی با درجه حرارت رشد می کند، زیرا پراکندگی بر روی یون ها از ناخالص غالب است، که در آن m ~ t3 / 2 است. بعد، با افزایش دمای، هدایت الکتریکی کاهش می یابد، زیرا پراکندگی در نوسانات گرما از شبکه غالب است، که در آن M ~ T3 / 2 (بخش 3، شکل 7). در نهایت، به اندازه کافی دمای بالا، هدایت نیمه هادی به تنهایی می شود و در این شرایط می توانید عرض منطقه نیمه هادی ممنوعه را تعیین کنید جایی که k \u003d 1.38 * 10-23 j / k \u003d 8.6 * 10-5 eV / k شکل. 7 الف) - نیمه هادی خود، ب) - نیمه هادی ناخالصی. دستورالعمل کار آزمایشگاهی "مطالعه وابستگی دما به هدایت الکتریکی فلزات و نیمه هادی" کوره الکتریکی برای گرم کردن نمونه ها خدمت می کند. دمای نمونه ها با استفاده از سنسور متر دما بر روی دستگاه اندازه گیری اندازه گیری می شود. وابستگی مقاومت فلزی بر روی درجه حرارت را می توان با توجه به فرمول یافت: در نیمه هادی، همان وابستگی زیر است: روش عملیاتی: E \u003d 2K (LN (R) / (1/1)) جایی که K \u003d 1.38 * 10-23 J / K، دمای T در Kelvin، R (OHM) - مقاومت به آن است. 3.3 شیب بخش خطی نمودار را تعیین کنید و ضریب دما را برای فلز محاسبه کنید و آن را با مقدار جدولی مقایسه کنید.
در نیمه هادی ها با غلظت های مختلف ناخالصی ها. n pr1
