Kahulugan ng tiyak na pagtutol ng semiconductors. Pag-asa sa temperatura ng mga de-koryenteng kondaktibiti ng sariling at impurity semiconductors temperatura kondaktibiti
Ang pag-aaral ng mga de-koryenteng katangian ng mga materyales ay kinabibilangan ng pagpapasiya ng elektrikal na kondaktibiti at ang pagtitiwala sa temperatura nito. Para sa mga metal, ang temperatura koepisyent ng electrical conductivity ay negatibo, ibig sabihin, ang electrical kondaktibiti ng riles ay nabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura.
Para sa mga semiconductors at maraming dielectrics, ang temperatura koepisyent ng sariling electrical conductivity ay positibo. Lumalaki din ang koryenteng kondaktibiti sa pagpapakilala ng mga depekto at mga impurities sa sarili nitong semiconductor.
Ang elektrikal na kondaktibiti ng Ionic Crystals ay karaniwang lumalaki sa pagtaas ng temperatura at malapit T. Ang PL ay umaabot sa kondaktibiti ng mga likidong electrolyte (s nacl sa 800 ° C. 10 -3 oum -1 × cm -1), habang nasa temperatura ng kuwarto ay chemically pure nacl - insulator.
Sa mga kristal ng alkali metal halides (halimbawa, NACL), ang mga cation ay mas mobile kaysa sa mga anion:
Larawan. 6 - Paglipat ng mga cationic vacancies (o na + ions) sa NACL
samakatuwid, ang magnitude ng Ionic kondaktibiti ng NACL ay depende sa bilang ng mga magagamit na mga bakante na cationic.
Ang halaga ng cationic vacancies sa turn ay malakas na depende sa kemikal kadalisayan at thermal prehistory ng kristal. Ang pagtaas ng bilang ng mga thermodynamically equilibrium sariling mga bakante ay nangyayari kung ang kristal ay pinainit,
| (22) |
alinman ang pagpapakilala ng heteralalent impurities ay maaaring mangyari bakanteng na magbayad para sa labis na singil ng karumihan cations.
Kaya, kapag nagdadagdag ng maliit na halaga ng MNCL 2, NACL + MNCL 2 ® na 1-2 X.Mn. X.V Na. x. Cl (solid solution), kung saan ang bawat ion mn 2+ account para sa isang nauugnay na bakante sa cationic, i.e. Ang isang bakanteng karit ay lumitaw (v na). Ang mga naturang trabaho ay tinatawag na karumihan, dahil sa dalisay na nacl hindi sila maaaring bumuo.
Sa mababang temperatura (~ 25 ° C), ang konsentrasyon ng mga bakante ng thermal pinagmulan ay napakaliit. Samakatuwid, sa kabila ng mataas na kadalisayan ng kristal, ang bilang ng sariling mga bakante ay nananatiling mas kaunting karumihan. At kapag ang temperatura ay nagdaragdag, may isang paglipat mula sa karumihan sa sarili nitong pagpapadaloy.
Ang pagtitiwala sa temperatura ng kondaktibiti ng Ion ay napapailalim sa arrhenius equation:
s \u003d. \u003d A.exp ( -E -e A./Rt.), (23)
saan E A. - Pag-activate ng enerhiya ng koryenteng kondaktibiti.
Kasama sa pre-exponential factor ang ilang mga constants, kabilang ang dalas ng mga oscillations ng potensyal na gumagalaw ions. Ang graphic dependence ng LN S mula sa T -1 ay dapat na ipinahayag ng tuwid na linya na may isang anggulo ng pagkahilig -e / r. Sa ilang mga kaso, ang isang multiplier ng 1 / t ay ipinakilala sa pagproseso ng pag-asa sa temperatura sa pre-seential factor. Sa kasong ito, ang graphical na pag-asa ay kinuha upang isumite sa mga coordinate ng Ln St - T -1. Ang slope ng resultang (e / r) ay maaaring medyo naiiba mula sa ikiling sa arrhenius coordinates. Ang pag-asa ng arrhenius para sa NACL ay schematically ipinapakita sa Fig. 7. Sa mababang temperatura na karumihan rehiyon, ang bilang ng mga bakante ay tinutukoy ng konsentrasyon ng karumihan at para sa bawat antas ng konsentrasyon ay ang magnitude ng pare-pareho. Sa Fig. 7 Ito ay tumutugma sa isang bilang ng mga parallel tuwid na linya, ang bawat isa ay tumutugma sa kondaktibiti ng mga kristal na may iba't ibang nilalaman ng alloying additive.
Larawan. 7 - Ang pagtitiwala ng Ionic kondaktibiti ng NACL sa temperatura. Ang mga parallel na linya sa rehiyon ng karumihan ay tumutugma sa iba't ibang konsentrasyon ng mga impurities ng alloying
Sa rehiyon ng karumihan, ang pag-asa sa temperatura ay natutukoy lamang sa pamamagitan ng pag-asa sa temperatura ng kadaliang mapakilos ng M cations, na sumusunod din sa arrhenius equation:
m. = m 0 exp ( - E. sandali / Rt.), (23)
saan E. MIG - Pag-activate ng enerhiya ng migration ng media.
at nacl \u003d 0.564 nm; d na - cl \u003d a / 2 \u003d 0.282 nm; R na + \u003d ~ 0.095 nm; R cl - \u003d ~ 0.185 nm.
Ang haba ng komunikasyon ng NA-C ay kinakalkula bilang kabuuan ng radius na Ion, lumiliko upang maging ~ 0.28 nm, na malapit sa eksperimento na nahanap na halaga.
Larawan. 8 - Na + Ion migration path sa Nacl.
Larawan. 9 ay isang triangular interstice kung saan ang paglipat na + ion sa NACL ay dapat pumasa. R / - radius inscribed circle; Circle 1-3 depict cl ions na may radius x / 2.
Sa rehiyon ng karumihan (Larawan 7), ang kondaktibiti ay tila nakasalalay sa konsentrasyon ng mga bakante
s \u003d. ne.m 0 exp (- E. sandali / Rt.). (24)
Sa isang mas mataas na temperatura sa larangan ng sariling kondaktibiti, ang konsentrasyon ng mga bakante ng thermal pinagmulan ay lumampas sa konsentrasyon ng mga bakante dahil sa mga additives ng alloying at ang bilang ng mga bakante n. Depende sa temperatura ayon sa arrhenius equation:
n \u003d N.× const × exp ( -E. Obr. / 2Rt.). (25)
Ang equation na ito ay magkapareho sa equation 22, kung saan ang ER / 2Light ay ang enerhiya ng pag-activate ng pagbuo ng isang pagdarasal ng mga bakanteng codament, iyon ay, kalahati ng enerhiya na kinakailangan para sa pagbuo ng isang nagdarasal na mga depekto sa Schottky. Ang kadaliang bakante ay inilarawan pa rin sa Equation 23, at sa gayon, sa pangkalahatan, ang kuryente sa larangan ng sariling kondaktibiti ay napapailalim sa equation
s. \u003d N.× const × m 0 exp (- E. sandali / Rt.) Exp (- E. Obr. / 2Rt.)(26)
.
(27)
Larawan. 10 - Temperatura ng pagtitiwala ng Ionic kondaktibiti ng "dalisay" nacl
Deviations mula sa linear dependence malapit T. Ang pl ay nauugnay sa isang pagtaas sa kadaliang mapakilos ng mga anionic vacancies, pati na rin ang mga pakikipag-ugnayan ng long-range (DEBAY HYUKKELEVS) ng cation at anionic vacancies, na humahantong sa pagbaba sa enerhiya ng edukasyon sa bakante. Ang mga deviation mula sa linearity sa larangan ng mababang temperatura ay tinutukoy ng pagbuo ng mga complex ng mga depekto na maaaring sirain lamang sa isang tiyak na enerhiya sa pag-activate.
Sa tab. 7 ay nagpapakita ng enerhiya ng pag-activate ng mga kristal ng NACL.
Table 7 - Nacl Crystals Activation Energy.
Ang pagtitiwala sa temperatura ng koryenteng kondaktibiti ay kilala sa loob ng mahabang panahon. Gayunpaman, hindi ito ginagamit upang mahulaan ang mga proseso ng kemikal sa mga solido.
Noong 1987, ang isang hindi kilalang kaayusan ng Pyrometallurgical restoration ng mga elemento mula sa oxides ay eksperimento na itinatag, na binubuo nang sabay-sabay na binabago ang uri ng kondaktibiti ng mga oxide (mula sa isang pagtaas sa konsentrasyon ng mga libreng elektron sa kristal semiconductor oxide lattice. Sa madaling salita, ang pagbabawas ng oxides ay nagsisimula sa isang temperatura na naaayon sa paglipat mula sa pagkakakilanlan sa sarili.
Dielectrics. Ang mga materyales sa dielectric ay ginagamit sa electronics para sa paggawa ng mga passive elemento (matibay substrates, tangke, mask), pati na rin ang mga aktibong elemento (capacitors at electrical insulators).
Dielectrics na kung saan ang karamihan sa mga ionic kristal nauugnay ay characterized sa pamamagitan ng
Mataas na de-koryenteng lakas, i.e. paglaban sa degradasyon (pagbabago ng istraktura) sa mataas na lakas ng electric field at paglipat sa isang kondisyon ng pagsasagawa;
Mababang Dielectric Losses (TGD), i.e. Pagkawala ng enerhiya ng variable electric field, na kung saan ay naka-highlight sa anyo ng init.
Ang dielectric properties ng mga materyales ay tinutukoy kapag nag-aaral ng flat capacitors na kumakatawan sa dalawang flat-parallel konduktibo plates na matatagpuan bukod sa bawat isa sa isang distansya ng D, na kung saan ay mas mababa kaysa sa laki ng plates (Larawan 6).
Larawan. 6 - kapasitor na may parallel plates at dielectric sa pagitan nila
Kapasidad ng kapasidad sa vacuum
C. 0 = e 0. S / D., (28)
Ang dielectric permeability ng vacuum sa internasyonal na sistema ng pisikal na dami (c) ay ang laki ng
e 0. = 10 7 / 4Ps 2 \u003d 8,854 × 10 -12 f / m. (29)
Kapag inilapat sa potensyal na pagkakaiba plate v, ang kapasitor poins ang singil Q ng pantay
Q. 0 = C. 0 V.. (30)
Kung may dielectric sa pagitan ng mga plato, kapag ang potensyal ay ipinapataw, ang singil ay lumalaki sa Q 1, at ang kapasidad nito ay hanggang sa 1.
Para sa dielectric na may laki ng singil q 1 at kapasidad C. 1 dielectric constant ay nauugnay sa kapasidad ng sumusunod na ratio
e "\u003d. C. 1 / c 0. (31)
Para sa Air E "" 1;
para sa karamihan sa mga ionic compounds e "~ 5 ¸ 10;
para sa ferroelectrics (btio 3) e "\u003d 10 3 ¸ 10 4.
e "depende sa antas ng polariseysyon o paglilipat ng mga singil na nagaganap sa materyal.
Polarizability ng dielectric a - koepisyent na nakakonekta sa dipole moment ( r.) at lokal na electric field ( E.).
p \u003d.a. E., (32)
at isang \u003d A. E. + A. I. + A. D. + A. S., (33)
kung saan A. E. - Pag-aalis ng elektronikong ulap,
a. I. - ions,
a. D. - dipoles,
a. S. - Dami ng singil.
Electronic polarizability A. E. Ito ay nangyayari bilang isang resulta ng pag-aalis ng mga electronic orbital ng atoms na may kaugnayan sa nuclei at likas sa lahat ng solidong katawan. Sa ilang mga solido, tulad ng Diamond, A. E. - ang tanging bahagi ng polarizability;
Ion polarizability A. I. - Nauugnay sa kamag-anak na pag-aalis o paghihiwalay ng mga cation at anion sa solid (tumutukoy sa polariseysyon sa ionic crystals);
Dipole polarizability A. D. - Ito ay nangyayari sa mga sangkap na may permanenteng electric dipoles (H 2 O, HCL), na maaaring mapalawak o baguhin ang oryentasyon sa ilalim ng pagkilos ng larangan. Sa mababang temperatura A. D. frozen.
Dami at Charger A. S. Ito ay nangyayari sa "masamang" dielectrics at tinutukoy ng migration ng mga carrier sa mahabang distansya. Sa NaCl, ang paglipat ng mga cation ay nangyayari sa mga bakanteng cationic sa negatibong elektrod. Bilang isang resulta, ang isang double electric layer ay nangyayari, na humahantong sa isang pagtaas ng e "(paglalapat ng e" order 10 6 ... 10 7 ay lilitaw, na tumutugma sa kapasidad ng double electric layer (18 ... 36 μF / cm 2).
Sa pamamagitan ng deposito sa laki ng polariseysyon at dielectric constant
a. S. \u003e A. D. \u003e A. I. \u003e A. E..
Ang mga bahagi ng polarizability ay matatagpuan mula sa capacitive, microwave at optical measurements sa isang malawak na agwat ng dalas ( f.) (Larawan 7).
|
Para sa f. < 10 3 Гц все aдают вклад в величину p..
Para sa f. \u003e 10 6 Sa karamihan ng mga kristal na ion, ang bulk charge ay walang oras upang bumuo.
Para sa f.\u003e 10 9 (microwave) walang polariseysyon ng dipoles.
Sa lugar f. \u003e 10 12, naaayon sa mga oscillations ng optical range, ang tanging bahagi ng polariseysyon ay nananatiling E.Ang pagtuturo ay sinusunod pa rin sa rehiyon ng UV, ngunit nawala sa mga frequency na naaayon sa hanay ng X-ray. Sa magandang dielectrics na walang A. D. at A. S.Ang pagkamatagusin sa mababang dalas at "0 ay tinutukoy higit sa lahat sa pamamagitan ng ion at elektron polariseysyon. Ang halaga ng E" 0 ay maaaring makuha mula sa mga sukat ng lalagyan gamit ang AC Bridge. Para sa mga ito, ang lalagyan ay sinusukat nang dalawang beses - walang sangkap sa ilalim ng pag-aaral sa pagitan ng mga plato ng pampalapot at may sangkap (equation 31). Ang halaga ng E "¥, konektado lamang sa polarizability ng elektron, ay matatagpuan mula sa mga sukat ng repraktibo index sa nakikitang rehiyon ng spectrum batay sa simpleng ratio ng e". Halimbawa, para sa NACL E "0 \u003d 5.62; e" ¥ \u003d 2.32.
kung saan w \u003d 2p f. (angular frequency),
t - oras ng relaxation (kasalukuyang upang ilarawan ang kumplikadong proseso ng polariseysyon sa dielectrics. pamamahagi ng mga oras ng pagpapahinga).
Dielectric Loss Tangent ay tinutukoy ng ratio
e // / E. " \u003d Tgd (36)
Larawan. 9 - Dalas Depende E / at E //
Sa hanay ng Inter / 0 at E. / ¥ Ang dielectric constant ay kinakatawan sa anyo ng isang komplikadong halaga ng e * \u003d e / - je // kung saan ang e // ay ang tunay na bahagi na matatagpuan mula sa sumusunod na relasyon:
kung saan ang dalas ng w-anggulo na katumbas ng 2PF, W P ay ang dalas ng hulihan ng kasalukuyang mga carrier, at P 1 at n 2 -Constructants. Ang batayan ng equation na ito ay ang ideya na ang mga indibidwal na polarisasyon phenomena, kung ang mga jumps ng ions sa konduktor o reorientation ng dipoles sa dielectrics, nagaganap nang nakapag-iisa mula sa bawat isa, ngunit bilang isang resulta ng kooperatiba pakikipag-ugnayan. Nangangahulugan ito na kung ang isang hiwalay na dipole sa kristal ay reoriented, ito ay nakakaimpluwensya sa nakapalibot na dipoles. Gayunpaman, sa kasalukuyang antas ng pag-unawa, hindi malinaw kung paano batay sa batas ng Jonecher na dumating sa dami ng paglalarawan ng kooperatibong phenomena. Sa mas detalyado, ang mga diagram sa kumplikadong eroplano ay tinalakay sa ch. 13 (Ngunit sa parehong oras ang pagtanggap ay ginawa sa pagganap ng kondaktibiti, at hindi dielectric properties).
Sa tab. 8 ay nagpapakita ng mga halaga ng dielectric constant ng ilang mga oxides sa iba't ibang mga frequency at temperatura.
Talahanayan 8 - Dielectric pare-pareho ng ilang mga oxides
| Oksido | Frequency Hz. | T., Kay | E " | Oksido | Frequency Hz. | T., Kay | E " |
| H 2 o (yelo) | 10 8 | 3,2 | Veo. | 10 5 | 6,3 | ||
| N 2 tungkol sa likido | 10 8 | 88,0 | Al 2 o 3. | ~10 6 | 10–12 | ||
| Tio 2. | 10 4 | ||||||
| H 2 O (mag-asawa) | 10 6 | 1,013 | Wo 3. | ~10 8 | |||
| Sio 2. | 3.10 7 | 4,3 | Zno. | 10 6 | |||
| Sio. | >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 |
Ang relasyon sa pagitan ng ion at polariseysyon ng elektron ay isang sukatan ng pag-order ng mga elektron na may kaugnayan sa mga ions ng kristal na sala-sala
. (39)
Mula sa mga ipinakita sa talahanayan. 9 Ang data ay sumusunod na kahit isang maliit na pagbabago H ay humahantong sa isang makabuluhang pagbabago sa mga katangian ng mga passive elemento ng microelectronics ( U. PR - Breakdown boltahe, D. G. 0 - Libreng Enerhiya ng Edukasyon). Ang mas mataas na H, mas malaki ang elektronikong polariseysyon ay medyo kumpleto at mas malaki ang posibilidad ng pagkontrol ng polariseysyon gamit ang electric field.
| |
| Dielectric | Mula sa., μF / cm. | E " | TGD. | U. PR, B. | H. | -D. G. 0, KJ / Mole. |
| sa 10 3 Hz. | ||||||
| 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 | ||
| Sio. | 0,014 | 0,1 | 0,52 | |||
| Sio 2. | 0,0046 | 0,1 | 0,55 | |||
| Aln. | 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 | ||
| Natao 3. | 0,6 | 0,01 | – | 0,50 |
Ang pinakamalaking halaga para sa pagtatasa ng kalidad ng dielectrics sa mataas na mga frequency ay may kaugnayan sa pagitan ng ionic at elektronikong bahagi ng polariseysyon, i.e sa pagitan at pati na rin ang halaga ng padaplis ng dielectric pagkalugi (TGD). Kapag ang AC ay dumadaan sa kapasitor sa mababang frequency, ang kasalukuyang vector ay nangunguna sa bahagi ng 90 ° boltahe vector. Pagkatapos ay ang produkto ng vectorsi × v \u003d 0 at enerhiya ay nakukuha nang walang pagkawala. Kapag lumalaki ang dalas, lilitaw ang polariseysyon ng ion at ang kasalukuyang at boltahe na mga yugto ay ginalaw. Sa kasong ito, ang kasalukuyang bahagi ng kasalukuyang I × Sind ay nangyayari, na kung saan ay sa isang yugto na may boltahe.
Ang halaga ng TGD para sa mataas na kalidad na dielectrics ay tungkol sa 0.001.
Para sa mga capacitor rated Mula sa. \u003e 50 pf TGD ay hindi lalampas sa 0.0015,
at may kapasidad na tungkol sa 0.01 μF TGD ~ 0.035.
Ang mga katangian ng dielectrics ay may malaking epekto sa kalidad ng mga istruktura ng MOS na ginagamit sa microelectronics. Ang mga pag-aari ay tinutukoy ng mga katangian ng voltechotic o voltfarad ( C-v. o mga pamamaraan ng VFC).
Segno, piezo at pyroelectrics. Ang polariseysyon ng mga kristal na nauukol sa mga grupo ng centrosymmetric point ay aalisin pagkatapos alisin ang larangan. Gayunpaman, mula sa 32 point groups 21 ay hindi naglalaman ng isang symmetry center. Sa pagsasaalang-alang na ito, may mga phenomena ng tira polariseysyon sa mga de-koryenteng, mekanikal at thermal na mga patlang. Alinsunod sa mga phenomena na ito, ang mga klase ng Ferroneto, Piezo at Pyroelectrics ay nakikilala.
SegnetoElectrics.naiiba mula sa maginoo mataas na e dielectrics. " at tira polariseysyon, ibig sabihin, mayroon silang kakayahan upang mapanatili ang ilang mga natitirang electric polarization pagkatapos alisin ang panlabas na electric field. Samakatuwid, na may pantay na volume, condensers mula sa ferroelectrics ay may 1000 beses sa isang malaking lalagyan. Bilang karagdagan, sa kaibahan sa mga conventional dielectrics, na nagmamasid ng isang proporsyonal na pagtaas sa sapilitan polariseysyon ng P o sapilitan singil Q (Equation 30), sa segnetryelectrics, pagtitiwala sa pagitan ng polariseysyon halaga ( R., Cl / cm 2) at ang lakas ng electric field ay nailalarawan sa pamamagitan ng hysteresis. (Larawan 11) Ang hugis ng hysteresis ay tumutukoy sa natitirang halaga ng polariseysyon ( P R.) at ang mapilit na larangan ( N S.), na nag-aalis ng polariseysyon. Ang Segenelectrics ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng polariseysyon ng saturation p s sa mataas na electrical stresses, halimbawa, para sa Batio 3 P S. \u003d 0.26 KL / cm 2 sa 23 ° C at tira polariseysyon p r, i.e. Polarization patuloy pagkatapos ng pag-aalis ng isang panlabas na electric field. Upang mabawasan ang polariseysyon sa zero, ito ay kinakailangan upang ilapat ang electrical field ng e at reverse sign, na tinatawag na coercive field.
Larawan. 11 - Hysteresis loop para sa tipikal na segnetodielectric. Ang dashed line na dumadaan sa pinagmulan ay nagpapakita ng pag-uugali ng isang ordinaryong dielectric.
Ang ilan sa mga ferroelectrics ay ipinapakita sa talahanayan. 10. Lahat ng mga ito ay nagtataglay ng mga istraktura kung saan ang isang cation, halimbawa, ang TI 4+ sa Batio 3 ay maaaring maibalik (~ 0.01 nm) na may kaugnayan sa kanyang anionic na kapaligiran. Ang paglilipat ng mga singil ay humahantong sa mga dipoles at isang malaking halaga ng dielectric constant, na katangian ng ferroelectrics.
Table 10 - Curie temperatura ng ilang ferroelectrics.
Sa Fig. 12 ay nagpapakita ng elementary titanate cell ng Srtio 3 strontium, na may parehong Batio 3, ang istraktura ng uri ng Batio 3 Perovskite. Ti 4+ ions Occupy ang vertex ng kubiko primitive cell, o 2- - sa gitna ng mga buto-buto, ion strontium sa gitna ng Cuba. Gayunpaman, posible na isumite ang istraktura ng WATIO 3 at kung hindi man: ions ng VA 2+ ay inilalagay sa mga vertex ng kubo, ti 4+ - sa gitna, at ions o 2- sa gitna ng mga mukha. Gayunpaman, sa walang pag-asa sa pagpili ng elementarya cell, ang istraktura ay pinili mula sa Octahedra Tio 6, na bumubuo ng isang tatlong-dimensional na balangkas sa pamamagitan ng mga pinagsamang versehas ng strontium ions sa frame na istraktura na sumasakop sa kahungkagan sa KCH \u003d 12.
Larawan. 12 - Perovokites Istraktura Srtio 3.
Mula sa isang kemikal na punto ng view (ang posibilidad ng pagkalkula ng quantum-kemikal at pang-eksperimentong kontrol ng mga katangian ng dielectrics), ang istraktura ng Perovskite ay binubuo ng octahedra Tio 6, at BA 2+ ions ay inilalagay sa mga nagresultang voids. Sa ganitong isang perpektong istraktura na umiiral sa temperatura sa itaas 120 ° C, ang lahat ng mga singil ay nakaayos symmetrically, sarili nitong dipole sandali at Batio 3 ay isang maginoo dielectric na may mataas na e " . Kapag bumababa ang temperatura, bumababa ang TI 4+ ions sa octahedron vertex sa 0.1 å (na may average na TI-O \u003d 1.95 m)), na kinumpirma ng data ng X-ray diffraction analysis, i.e. May mga distortion na nagpapakita ng kanilang sarili na ang Tio 6 octahedra ay tumigil na maging simetriko. May isang dipole sandali, at bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng dipoles - kusang polariseysyon (Larawan 13).
Kung ang mga naturang displacements ay nangyari nang sabay-sabay sa lahat ng octahedra tio 6, ang materyal ay nangyayari sa sarili nitong kusang polariseysyon. Sa Segroelectric Watio 3 bawat isa sa Octahedra Tio 6 ay polarized; Ang epekto ng panlabas na electric field ay nabawasan sa "sapilitang" orientation ng mga indibidwal na dipoles. Pagkatapos ng pagtatayo ng lahat ng mga dipoles kasama ang direksyon ng direksyon, ang saturation polarization state ay naabot. Ang distansya na ang mga titan ions mula sa Octahedra Centers ay inilipat sa isa sa oxygen, ayon sa mga pagtatantya batay sa eksperimento na naobserbahang halaga ng P A, ay 0.01 nm, na nakumpirma rin ng data ng pagtatasa ng X-ray. Tulad ng makikita, ang distansya na ito ay sapat na maliit kumpara sa average na haba ng komunikasyon ng TI-O sa Octahedra Tio 6, katumbas ng 0.195 nm. Ang orientation ng orientation ng dipoles ay schematically ipinapakita sa Fig. 13, at kung saan ang bawat arrow ay tumutugma sa isang pangit na octahedron tio 6.
Larawan. 13 - Orientation ng scheme ng polariseysyon vector ng mga yunit ng istruktura sa ferroelectrics (a), anti-segmenttoelectric (b) segnetelectric (b)
Sa ferroelectrics tulad ng Batio 3, ang mga istraktura ng domain ay nabuo dahil sa ang katunayan na ang katabing Tio 6 dipoles ay spontaneously line up parallel sa bawat isa (Larawan 14). Ang sukat ng nabuo na mga domain ay iba-iba, ngunit, bilang isang panuntunan, maaaring umabot sa sampu sa cross section - daan-daang angstrom. Sa loob ng isang domain dipoles ay polarized sa isang crystallographic direksyon. Ang sariling polariseysyon ng ilang sample ng ferroelectric ay katumbas ng vector kabuuan ng polarizations ng mga indibidwal na domain.
Larawan. 14 - ferroelectric domain na pinaghihiwalay ng isang sabog pader (hangganan)
Ang pagpapataw ng isang panlabas na electric field ay humahantong sa isang pagbabago sa sarili nitong polarisasyon ng isang sample ng segmenttoelectric; Ang dahilan para sa mga naturang pagbabago ay maaaring ang mga sumusunod na proseso:
1) pagbabago ng direksyon ng polariseysyon ng mga domain. Ito ay mangyayari kung ang lahat ng Tio 6 dipoles sa loob ng domain sa ilalim ng pagsasaalang-alang ay palitan ang kanilang oryentasyon; Halimbawa, ang lahat ng dipoles sa domain (2) (Larawan 14) ay nagbabago sa oryentasyon sa mga parallel dipoles ng domain (1);
2) isang pagtaas sa polarization sa loob ng bawat domain, na kung saan ay lalong malamang kung may ilang mga disorder sa oryentasyon ng dipoles;
ang kilusan ng mga pader ng domain, bilang isang resulta kung saan ang laki ng mga domain na nakatuon sa field ay nagdaragdag sa pamamagitan ng pagbawas ng mga domain na may masamang oryentasyon. Halimbawa, ang domain 1 (Larawan 14) ay maaaring lumago kapag ang shift ng wall wall ay isang hakbang sa kanan. Upang isagawa ang naturang paglilipat, ang mga dipoles sa hangganan ng domain 2 ay dapat kumuha ng oryentasyon na ipinapakita ng mga arrow ng stroke.
Ang ferroelectric na estado ay karaniwang sinusunod sa mababang temperatura, dahil ang kilusan ng init, pagtaas ng pagtaas ng temperatura, ay nakakagambala sa pare-parehong katangian ng pag-aalis sa kalapit na octahedra, at sa gayon ay lumalabag sa istraktura ng domain. Ang temperatura kung saan ang pagkawasak na ito ay tinatawag na isang ferroelectric point ng curie t a (Table 10). Ang nasa itaas na may mga materyales ay naging paleeclates (i.e., "nonserelelecrics"); Ang kanilang dielectric permeability ay mataas pa rin ang halaga (Larawan 15), ngunit ang natitirang polarisasyon sa kawalan ng panlabas na larangan ay hindi na sinusunod.
Sa itaas na may halaga ng e "ay karaniwang inilarawan ng batas ng Curie - Weiss:
e / \u003d c / (t-q) (37)
kung saan ang C ay isang permanenteng curie at Q - ang temperatura ng curie -weiverssa. Bilang isang panuntunan, t C at q ay nag-tutugma o naiiba sa ilang degree. Ang paglipat mula sa ferroelectric sa isang paraleclectric estado sa T C ay isang halimbawa ng isang bahagi ng paglipat ng bahagi - isang gulo. Gayunpaman, sa kaibahan sa mga transition, ang pagkakasunud-sunod - ang disorder na sinusunod, sabihin, sa tanso, ay hindi nangyayari ang pagsasabog ng pag-aalis ng mga ions sa mahabang distansya. Sa ibaba, ang pag-order ay isinasagawa ng katanggap-tanggap na pagbaluktot o sumang-ayon na pagkahilig ng polyhedra at sa gayon ay tinutukoy ang mga transition ng phase na may pag-aalis ( gL. 12.). Sa mataas na temperatura paleelectric phase ng pagbaluktot at ang slope ng polyhedra, kung kasalukuyan, pagkatapos ay sa anumang kaso ay random na character.
Ang kinakailangang kondisyon para sa kusang polariseysyon at ferroelectric properties sa kristal ay ang huli ay dapat na nauugnay sa isang spatial na grupo na walang simetrya center ( gL. 6.). Paraelectric Phase, matatag sa itaas t C, ay madalas na centrosymmetric, at ang pag-order na nagaganap sa panahon ng paglamig ay nabawasan sa pagbaba sa mahusay na proporsyon sa isang di-centrosymmetric spatial group.
Sa kasalukuyan, maraming daang segainelectric na materyales ay kilala, bukod sa kung saan ang isang malaking grupo ng mga compounds oksido ay nakikilala sa isang pangit (non-commic) Perovskite na istraktura. Ang mga compound na ito ay naglalaman ng naturang mga cation na "pakiramdam" maginhawa sa isang pangit na octahedral na kapaligiran - ti, ni, ta; Ang di-pagkakapantay-pantay ng mga koneksyon sa loob ng naturang pangit octahedra Mo 6 ay ang sanhi ng polariseysyon at dipole sandali. Hindi lahat ng Perovskite-ferroelectrics, halimbawa, bilang kabaligtaran sa Batio 3 at Rbtio 3 Satio 3 ay hindi nagpapakita ng mga katangian ng ferroelectric, na kung saan, tila, ay nauugnay sa pagkakaiba sa laki ng dalawang kadena ng mga cation. Ang isang malaking radius ng Iona ng VA 2+ ay nagiging sanhi ng isang extension ng elementary cell kumpara sa Satio 3, na kung saan ay humahantong sa malaking haba ng Ti-O sa Watio 3 at higit na pag-aalis ng TI 4+ ions sa loob ng Tio 6 Octahedra. Ang komposisyon ng iba pang mga oxides na may ferroelectric properties ay may kasamang mga cation na ang mga bono na may oxygen ions ay hindi pantay dahil sa pagkakaroon ng isang libreng e-pares ng isang landas ng panlabas na shell; Ang mga ito ay maaaring mabigat na P-elementong cations na nakakatugon sa mga grado ng oksihenasyon, dalawang yunit na mas maliit kaysa sa limitasyon para sa grupong ito, tulad ng SN 2+, PB 2+, BI 3+, atbp.
Ang segroesoelectric oxides ay ginagamit upang gumawa ng mga capacitor dahil sa mataas na dielectric constant, na lalo na malaki malapit sa t (Larawan 15). Samakatuwid, ang pagsasagawa ng isang praktikal na layunin upang madagdagan ay dapat lumikha ng mga materyales na may mga punto ng curie malapit sa temperatura ng kuwarto. Sa partikular, ang temperatura ng curie para sa Batio 3 120 ° C (Larawan 15) ay maaaring makabuluhang bawasan, at ang agwat ng temperatura ng paglipat ay pinalawak ng bahagyang kapalit ng BA 2+ o TI 4+ ng iba pang mga cation: kapalit ng BA 2 + sa SR 2 + nagiging sanhi ng compression ng elementary cell ng istraktura at bawasan t c; Ang pagpapalit ng "aktibo" TI 4+ -s sa iba pang mga "hindi aktibo" na mga singil sa quadrol sa pamamagitan ng ions, sa partikular na ZR 4+ at SN 4 +, ay humahantong sa isang matalim na drop ng t sa.
Larawan. 15 - Pag-asa sa temperatura ng dielectric constant ng ceramic Batio 3
Sa antsygroelectrics, ang kusang polariseysyon ay sinusunod din, katulad ng likas na katangian na may polariseysyon ng ferroelectrics. Ang mga indibidwal na depensa ng anticegietoelectrics ay iniutos na may kaugnayan sa bawat isa sa isang paraan na ang bawat dipole ay aityia-parallel na katabing dipoles (Larawan 14, B). Bilang isang resulta, ang sarili nitong kusang polariseysyon ng materyal ay lumabas na zero. Sa itaas ng anti-eelectric point ng Curie, ang materyal ay nagiging isang normal na paraelectric. Pbzro 3 (233 ° C), niobat sosa nanbo 3 (638 ° C) at ammonium dihydrophosphate nh 4 h 2 po 4 (-125 ° C) ay mga halimbawa ng mga sangkap na may mga katangian ng anti-pagpili (ang mga numero sa mga bracket ay nagpapahiwatig ng kaukulang mga punto ng Curie).
| | ¯¯¯¯¯ | |
| | ¯¯¯¯¯ | |
| | ¯¯¯¯¯ | |
| Segnetoelectric Batio 3. | Antsegnoelectric pbzro 3. | Segnetelectrics (bi 4 ti 3 o 12, tartrates) |
Larawan. 16 - Orientation ng scheme ng polariseysyon vector ng mga yunit ng istruktura sa mga tiyak na kinatawan ng ferroelectrics (a), anti-segnetoelectrics (b) segnetelectrics (b)
Sa anti-seepoelectrics, spontaneous polarization ay nangyayari ( P S. \u003d 0), ang hysteresis ay nawawala, ngunit malapit T. Sinusunod din ni KR ang pinakamataas na E. " .
Ang magnitude ng intensity ng electric field ay maaaring makaapekto sa yugto
mga transition ng ikalawang uri sa ferroelectrics (Larawan 14).
Larawan. 1 - epekto ng temperatura sa mga transition ng orientational phase.
i-type ang pagkakasunud-sunod ng pagkalito sa PBZRO 3.
Larawan. 16 - Pag-asa ng temperatura ng paglipat ng antsegyetoelectric -zegnoelectric sa PBZRO 3 mula sa inilapat na boltahe (a) at ang pag-uugali ng polariseysyon sa paglipat na ito (B)
|  |
|
| Ngunit. | B. |
Larawan. 17 - ang mga istruktura ng ferroelectric kh 2 po 4 (a) at ang anti-ethylenectress nh 4 h 2 po 4 (b) (projection sa eroplano)
Sa pyroelectrics. Sa kaibahan sa Segroelectrics, ang direksyon ng polariseysyon vector ay hindi mababago ng isang panlabas na electric field, at ang polariseysyon ay depende sa pagbabago ng temperatura:
D. P s \u003dpd. T., (38)
kung saan ang p ay isang pyroelectric koepisyent.
Ang mga katangian ng pyroelectric ay napansin kapag pinainit bilang resulta ng pagpapalawak ng kristal na sala-sala at ang pagbabago sa haba ng dipoles. Ang isang halimbawa ng isang pyroelectric compound ay isang zno kristal, na kinabibilangan ng mga layer ng oxygen ions (hexagonal masikip packaging) at zn 2+ ions sa tetrahedral voids. Ang lahat ng Zno Tetrahedra ay nakatuon sa isang direksyon at magkaroon ng isang dipole sandali, bilang isang resulta ng kung saan ang kristal ay nasa isang polarized estado. Ang pyroelectric effect ay lihim ng adsorption ng tubig at napansin kapag pinainit.
Fig.18 - iniutos ang mga istrukturang tetrahedral ng Wurzit. Ang oxygen ions layer ay ipinapakita at ang paglalagay ng Ti + cations sa pamamagitan ng interstitial.
Piezoelectrics. Kabilang din sa mga di-centrosymmetric point group ng mga kristal. Polarization at electrical charge sa kabaligtaran gilid ng kristal mangyari sa ilalim ng pagkilos ng mekanikal na mga patlang at depende sa direksyon ng patlang. Sa kuwarts, ang polariseysyon ay nangyayari kapag naka-compress sa direksyon (100) at wala kapag naka-compress sa kahabaan ng axis (001).
Piezoelectrics. Maraming mga kristal na may isang istraktura ng tetrahedral, ang pagbaluktot nito ay humahantong sa polariseysyon (kuwarts, zns, zno). Ang isang katulad na piezoelectric effect (pee) ay sinusunod sa LA 2 S 3. Ang isang mahalagang grupo ng piezoelectrics ay solid na solusyon PBTIO 3 at PBZRO 3. Ang lahat ng ferroelectrics ay pyro- at piezoelectrics, ngunit hindi lahat ng pyro at piezoelectrics ay ferroelectrics.
Larawan. 19- Phase diagram ng sistema ng CTS.
Para sa semiconductors na may isang carrier ng singil, ang koryenteng kondaktibiti γ ay tinutukoy ng pagpapahayag
kung saan n ay ang konsentrasyon ng libreng carrier ng singil, m -3; Q ay ang halaga ng singil ng bawat isa sa kanila; μ ang kadaliang kumilos ng mga carrier na katumbas ng average na rate ng carrier ng singil (υ) sa lakas ng field (e): υ / e, m 2 / (b ∙ c).
Ang Figure 5.3 ay nagpapakita ng pag-asa sa temperatura ng konsentrasyon ng mga carrier.
Sa larangan ng mababang temperatura, ang pagtitiwala ng relasyon sa pagitan ng mga punto A at B ay nagpapakita lamang ng konsentrasyon ng mga carrier dahil sa mga impurities. Sa pagtaas ng temperatura, ang bilang ng mga carrier na ibinigay ng mga impurities ay nagdaragdag hanggang sa elektronikong mapagkukunan ng mga atoms ng karumihan (point b) ay pinatalsik. Sa seksyon b-in impurities ay naubos na, at ang paglipat ng mga electron ng pangunahing semiconductor sa pamamagitan ng Forbidden zone ay hindi pa nakita. Ang bahagi ng curve na may pare-pareho na konsentrasyon ng mga carrier ng singil ay tinatawag na impurition area. Sa hinaharap, ang temperatura ay nagdaragdag nang labis na ang mabilis na pagtaas sa konsentrasyon ng mga carrier ay nagsisimula dahil sa paglipat ng mga elektron sa pamamagitan ng ipinagbabawal na zone (seksyon sa G). Ang slope ng lugar na ito ay kinikilala ang lapad ng Forbidden Semiconductor Zone (Galitlex angle α anggulo ay nagbibigay ng halaga ng δW). Ang slope ng seksyon ng A-B ay depende sa enerhiya ng ionization ng mga impurities δw n.
Larawan. 5.3. Karaniwang pag-asa ng konsentrasyon ng carrier ng singil
sa semiconductor sa temperatura
Ang Figure 5.4 ay nagtatanghal ng depende sa temperatura ng kadaliang kumilos ng carrier para sa semiconductor.
Larawan. 5.4. Pag-asa ng temperatura ng carrier mobility.
singilin sa semiconductor.
Ang isang pagtaas sa kadaliang mapakilos ng mga libreng carrier ng singil na may pagtaas sa temperatura ay dahil sa ang katunayan na ang mas mataas na temperatura, mas malaki ang thermal bilis ng libreng carrier υ. Gayunpaman, sa karagdagang pagtaas ng temperatura, ang mga thermal oscillations ng sala-sala at singilin ang mga carrier ay nagsisimulang harapin ito nang higit pa at mas madalas, ang kadaliang kumilos ay bumaba.
Ang Figure 5.5 ay nagpapakita ng depende sa temperatura ng koryenteng kondaktibiti para sa semiconductor. Ang pagtitiwala na ito ay mas kumplikado, dahil ang koryenteng kondaktibiti ay nakasalalay sa kadaliang kumilos at bilang ng media:
Sa lugar ng AB, ang taas ng partikular na koryenteng kondaktibiti na may pagtaas sa temperatura ay sanhi ng isang admixture (Pagkiling sa linya sa seksyon na ito matukoy ang enerhiya ng pag-activate ng impurities w P). Sa seksyon ng BW, ang saturation ay nangyayari, ang bilang ng mga carrier ay hindi lumalaki, at ang kondaktibiti ay bumaba dahil sa pagbawas sa kadaliang pagsingil ng mga carrier. Sa seksyon ng VG, ang paglago ng kondaktibiti ay dahil sa pagtaas sa bilang ng mga elektron ng pangunahing semiconductor na overcoming ang ipinagbabawal na zone. Ikiling ang tuwid sa lugar na ito matukoy ang lapad ng ipinagbabawal na zone ng pangunahing semiconductor. Para sa tinatayang kalkulasyon, maaari mong gamitin ang formula
kung saan ang lapad ng Forbidden Zone W ay kinakalkula sa EV.
Larawan. 5.5. Pag-asa sa temperatura ng koryenteng kondaktibiti
para sa semiconductor.
Sa laboratoryo, isang silikon semiconductor ay sinisiyasat.
Silikon, tulad ng Alemanya, ay tumutukoy sa IV Group of Table D.I. Mendeleeva. Ito ay isa sa mga pinaka-karaniwang elemento sa crust ng lupa, ang nilalaman nito dito ay tungkol sa katumbas ng 29%. Gayunpaman, sa isang libreng estado sa likas na katangian, hindi ito natagpuan.
Teknikal na silikon (tungkol sa isang porsiyento ng mga impurities), na nakuha sa pamamagitan ng pagbawi mula sa dioxide (SiO 2) sa isang electrical arc sa pagitan ng mga electrodes ng grapayt, ay malawakang ginagamit sa ferrous metalurhiya bilang isang elemento ng doping (halimbawa, sa elektrikal na bakal). Ang teknikal na silikon bilang isang semiconductor ay hindi maaaring. Ito ay ang unang raw na materyal para sa produksyon ng kadalisayan ng silikon semiconductor, ang nilalaman ng mga impurities na dapat ay mas mababa sa 10 -6%.
Ang teknolohiya ng pagkuha ng silikon semiconductor kadalisayan ay napaka-kumplikado, kabilang dito ang ilang mga yugto. Ang pangwakas na paglilinis ng silikon ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng paraan ng pagtunaw ng zone, habang may ilang mga kahirapan, dahil ang temperatura ng pagkatunaw ng silikon ay napakataas (1414 ° C).
Sa kasalukuyan, ang silikon ay ang pangunahing materyal para sa paggawa ng mga aparatong semiconductor: diodes, transistors, stabilids, thyristors, atbp. Sa silikon, ang itaas na limitasyon ng operating temperatura ng mga aparato ay maaaring nakasalalay sa antas ng paglilinis ng mga materyales 120-200 o C, na mas mataas kaysa sa Alemanya.
Tulad ng nakita na namin, ang partikular na kondaktibiti ay ipinahayag ng formula
kung saan n ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil na tumutukoy sa mga katangian ng pagsasagawa ng katawan na ito, at ikaw ang kadaliang kumilos ng mga carrier na ito. Ang mga carrier ng singil ay maaaring maging parehong mga electron at butas. Ito ay kagiliw-giliw na tandaan na, bagaman, tulad ng alam mo, ang karamihan ng mga riles ay libreng charger ng mga singil ay mga elektron, sa ilang mga metal ang papel na ginagampanan ng mga libreng charger ng singil ay gumaganap ng mga butas. Ang mga tipikal na kinatawan ng metal na may hole conductivity ay sink, beryllium at iba pa.
Upang matukoy ang pagtitiwala ng kondaktibiti sa temperatura, kinakailangan upang malaman ang temperatura ng pag-asa ng konsentrasyon ng mga libreng carrier at ang kanilang kadaliang mapakilos. Sa mga metal, ang konsentrasyon ng mga libreng carrier ng singil ay hindi nakasalalay sa temperatura. Samakatuwid, ang pagbabago sa kondaktibiti ng mga riles depende sa temperatura ay ganap na tinutukoy ng temperatura na pagtitiwala ng mga carrier kadaliang mapakilos. Sa semiconductors, sa kabaligtaran, ang konsentrasyon ng mga carrier ay nakasalalay sa temperatura, at ang mga pagbabago sa temperatura ng kadaliang kumilos ay halos hindi mahahalata. Gayunpaman, sa mga lugar na iyon ng temperatura, kung saan ang konsentrasyon ng mga carrier ay pare-pareho (ang lugar ng pag-ubos at ang lugar ng saturation ng mga impurities), ang kurso ng temperatura na umaasa sa kondaktibiti ay ganap na tinutukoy ng pagbabago ng temperatura ng carrier Mobility.
Ang kahulugan ng kadaliang kumilos mismo ay tinutukoy ng mga proseso ng carrier na nakakalat sa iba't ibang mga depekto ng kristal na sala-sala, iyon ay, sa pamamagitan ng pagbabago ng bilis ng itinuro kilusan ng carrier kapag nakikipag-ugnayan sila sa iba't ibang mga depekto. Ang pakikipag-ugnayan ng mga carrier na may mga ionized atoms ng iba't ibang impurities at thermal fluctuations ng kristal sala-sala ay pinaka makabuluhan. Sa iba't ibang lugar ng temperatura, ang mga proseso ng scattering na dulot ng mga pakikipag-ugnayan na ito ay nakakaapekto sa iba.
Sa larangan ng mababang temperatura, kapag ang mga thermal fluctuations ng atoms ay napakaliit na maaari silang napapabayaan, scattering sa ionized impurited atoms ay basic. Sa rehiyon ng mataas na temperatura, kapag sa proseso ng thermal oscillations, ang mga atoms ng sala-sala ay makabuluhang lumipat mula sa posisyon ng isang matatag na punto ng balanse sa kristal, thermal scattering ay ginanap sa unahan.
Scattering sa ionized impurity atoms.. Sa impurity semiconductors, ang konsentrasyon ng mga atom ng karumihan ay maraming beses na ang konsentrasyon ng mga impurities sa mga metal. Kahit na may sapat na mababang temperatura, karamihan sa mga atomo ng karumihan ay nasa isang ionized na estado, na tila natural, dahil ang pinagmulan ng kondaktibiti ng semiconductors ay pangunahing nauugnay sa ionization ng mga impurities. Ang scattering ng carrier sa ions ng karumihan ay mas malakas kaysa sa scattering sa neutral atoms. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na kung ang scattering ng carrier sa isang neutral atom ay nangyayari sa isang direktang banggaan, pagkatapos ay para sa scattering sa isang ionized atom, isang sapat na carrier upang makakuha ng sa lugar ng electrical field na nilikha ng ion (Fig . 28). Kapag ang elektron ay lumilipad sa lugar ng electric field na nilikha ng isang positibong ion, ang flight trajectory nito ay sumasailalim sa isang pagbabago, tulad ng ipinapakita sa figure; Sa kasong ito, ang rate ng itinuro na kilusan nito ay nakuha sa pamamagitan ng paglalantad sa panlabas na larangan, bumababa bago kung ang elektron ay malapit na malapit sa ion, pagkatapos ay matapos ang pagkalat ng direksyon ng elektron ay maaaring sa pangkalahatan ay ang kabaligtaran direksyon ng panlabas na electric patlang.
Isinasaalang-alang ang gawain ng scattering ng mga sisingilin na particle sa mga sisingilin na sentro, isang natitirang pisisista ng Ingles E. Rutherford concluded na ang haba ng libreng mileage ng mga particle ay proporsyonal sa ikaapat na antas ng kanilang bilis:
Ang paggamit ng pagtitiwala na ito sa scattering ng mga carrier sa semiconductors ay humantong sa napaka-kawili-wili at, sa unang sulyap, isang hindi inaasahang resulta: ang kadaliang mapakilos ng mga carrier sa larangan ng mababang temperatura ay dapat lumago na may pagtaas ng temperatura. Sa katunayan, ang carrier mobility ay lumilitaw na proporsyonal sa bilis ng kanilang kilusan:
Kasabay nito, ang average na kinetic energy of charge carrier sa semiconductors ay proporsyonal sa temperatura A, nangangahulugan ito na ang average na thermal speed ay proporsyonal sa root square 
Dahil dito, ang media mobility ay matatagpuan sa sumusunod na temperatura:
Sa larangan ng mababang temperatura, kapag ang scattering sa ionized impurities ay gumaganap ang pangunahing papel at kapag ang thermal pagbabagu-bago ng mga atoms ng sala-sala ay maaaring napapabayaan, ang carrier kadaliang kumilos ay nagdaragdag bilang ang temperatura ay nagdaragdag sa proporsyon sa kaliwang sangay ng U (T) curve sa Figure 29). Qualitatively, tulad ng isang pag-asa ay lubos na ipinaliwanag: mas malaki ang thermal bilis ng carrier, mas mababa oras ang mga ito sa larangan ng isang ionized atom at ang mas mababa pagbaluktot ng kanilang tilapon. Dahil dito, ang haba ng libreng landas ng mga carrier ay nagdaragdag at ang kanilang mga pagtaas ng kadaliang kumilos.
Scattering sa thermal oscillations.. Sa pagtaas ng temperatura, ang average na bilis ng thermal carrier movement ay nagdaragdag kaya kaya ang posibilidad ng kanilang scattering sa ionized impurities ay nagiging napakaliit. Kasabay nito, ang amplitude ng thermal oscillations ng mga atoms ng sala-sala ay nagdaragdag, upang ang scattering ng carrier sa thermal fluctuations ay gumaganap. Salamat sa paglago ng scattering sa heat oscillations, ang haba ng carrier libreng landas ay pinainit bilang ang semiconductor ay pinainit at, samakatuwid, ang kanilang kadaliang mapakilos.
Ang tiyak na kurso ng pag-asa sa larangan ng mataas na temperatura para sa iba't ibang mga semiconductor ng non-refinery. Ito ay tinutukoy ng likas na katangian ng semiconductor, ang lapad ng ipinagbabawal na zone, ang konsentrasyon ng mga impurities at ilang iba pang mga kadahilanan. Gayunpaman, para sa mga tipikal na semiconductor ng covalent, lalo na para sa Alemanya at silikon, na hindi masyadong malaki ang konsentrasyon ng karumihan, ang pagtitiwala sa U (t) ay may form:
(Tingnan ang tamang sangay ng curve sa Figure 29).
Kaya, ang kadaliang mapakilos ng media sa mga semiconductors sa larangan ng mababang temperatura ay lumalaki nang direkta sa proporsyonal at sa rehiyon ng mataas na temperatura, ito ay bumabalik sa proporsyonal
Semiconductor kondaktibiti sa temperatura. Ang pag-alam sa pag-asa ng temperatura ng kilusan at konsentrasyon ng mga carrier sa semiconductors, ang likas na katangian ng temperatura na pagtitiwala sa kondaktibiti ng mga semiconductors ay maaaring maitatag. Schematically addiction. 
Nagpapakita sa Figure 30. Ang kurso ng curve na ito ay malapit sa kurso ng curve 
ipinakita sa Figure 25. Dahil ang pag-asa ng konsentrasyon ng carrier sa temperatura ay mas malakas kaysa sa pag-asa ng temperatura ng kanilang kadaliang kumilos, pagkatapos ay sa mga rehiyon ng pagkakakilanlan ng pagkakakilanlan (seksyon AB) at ng sariling kondaktibiti (seksyon CD), ang pagtitiwala ng Ang partikular na kondaktibiti σ (t) ay halos ganap na tinutukoy ng pag-asa ng pagtitiwala ng konsentrasyon ng carrier sa temperatura. Ang mga anggulo ng pagkahilig ng mga seksyon ng graph ay nakasalalay sa enerhiya ng ionization ng mga atoms ng karumihan ng donor at sa lapad ng Forbidden Semiconductor Zone. Tangent angle ng pagkahilig γ N proporsyonal sa mga energies ng paghihiwalay ng ikalimang valence electron atom ng donor impurity. Samakatuwid, ang pagkakaroon ng isang eksperimento graph ng pagbabago sa kondaktibiti ng semiconductor kapag pinainit sa impuritibong seksyon AB, posible upang matukoy ang halaga ng activation enerhiya ng antas ng donor, iyon ay, ang enerhiya distansya ng antas ng donor Wd mula sa ilalim ng zone ng pagpapadaloy (tingnan ang Larawan 20). Tangent ang anggulo ng pagkahilig γ Ako ay proporsyonal sa elektron transition enerhiya mula sa valence zone sa zone ng pagpapadaloy, iyon ay, ang mga enerhiya ng paglikha ng kanilang sariling mga carrier sa semiconductor. Kaya, ang pagkakaroon ng eksperimento bago ang pagtitiwala sa kondaktibiti sa temperatura sa sarili nitong segment ng CD, posible upang matukoy ang lapad ng ipinagbabawal na zone w G (tingnan ang Larawan 17). Ang mga halaga ng W at W G ay ang pinakamahalagang katangian ng semiconductor.
Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga dependences σ (t) at n (t) ay sinusunod sa seksyon ng BC na matatagpuan sa pagitan ng temperatura ng pag-ubos ng mga impurities t s at ang temperatura ng paglipat sa sarili nitong kondaktibiti. Ang lugar na ito ay tumutugma sa ionized estado ng lahat ng mga atoms ng karumihan, at upang lumikha ng kanilang sariling kondaktibiti, ang enerhiya ng thermal fluctuations ay hindi sapat. Samakatuwid, ang konsentrasyon ng mga carrier, na halos katumbas ng konsentrasyon ng mga atoms ng karumihan, ay hindi nagbabago sa pagtaas ng temperatura. Ang kilusan ng temperatura na pagtitiwala sa kondaktibiti sa lugar na ito ay tinutukoy ng kurso ng pagtitiwala sa temperatura ng kadaliang pang-carrier. Sa karamihan ng mga kaso, sa isang makatwirang konsentrasyon ng mga impurities, ang pangunahing mekanismo ng media scattering sa hanay ng temperatura na ito ay scattering sa init oscillations ng sala-sala. Tinutukoy ng mekanismo na ito ang pagbabawas ng kadaliang pang-carrier at, dahil dito, ang kondaktibiti ng semiconductors na may pagtaas ng temperatura sa site ng BC.
Sa degenerate semiconductors, dahil sa malaking konsentrasyon ng mga impurities dahil sa overlap ng mga electrical ions, ang scattering ng carrier sa ionized impurity atoms ay pinapanatili ang pangunahing halaga hanggang sa mataas na temperatura. At para sa mekanismong ito, ang scattering mechanism ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas sa kadaliang pang-carrier na may pagtaas sa temperatura.
Ang semiconductor ay tinatawag na mga materyales, ang pangunahing tampok na kung saan ay ang pagtitiwala ng mga tiyak na electrical kondaktibiti mula sa panlabas na epekto ng enerhiya, pati na rin sa konsentrasyon at uri ng mga impurities.
Mga pagkakaiba sa husay sa mga katangian ng semiconductors at
Ang VODNOV ay tinutukoy ng uri ng kanilang mga kemikal na bono. Sa mga metal, ang mga electron ng valence ng mga atomo ng kristal na sala-sala ay bahagi ng kolektibong katumbas na carrier ng singil, na tinatawag na electron gas (metal communication). Ang bilang ng mga ito ay.
singil ng singil, na tumutugma sa bilang ng mga atom
Magandang dami ng kristal na sala-sala. Imposibleng baguhin ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil sa impluwensya ng panlabas na kadahilanan (temperatura, pag-iilaw, pangangasiwa ng mga impurities, pagpapapangit, atbp.). Kaya ang lahat ng mga tampok ng konduktor ng konduktor: isang positibong temperatura koepisyent ng tiyak na pagtutol, kalayaan ng konsentrasyon ng mga carrier ng singil mula sa mga impurities sa sala-sala, superconductivity, atbp.
Sa semiconductors, lahat ng valence electron ng atoms ay lumahok sa pagbuo ng isang covalent (o ion-covalent) ng isang saturated chemical bond. Sa mga kristal na semiconductor, walang isang solong quasi-free charge carrier na may kakayahang makilahok sa isang kilusang kilusan kapag nalantad sa isang panlabas na kadahilanan, iyon ay, sa absolute zero temperatura, ang semiconductor ay walang elektrikal na kondaktibiti. Ang lakas ng komunikasyon ng covalent (ion-covalent) (enerhiya ng komunikasyon) ay tumutugma sa lapad ng ipinagbabawal na semiconductor zone. Sa temperatura maliban sa 0 k, bahagi ng mga carrier ng singil, ang pagkakaroon ng thermal energy ay maaaring masira ang kemikal na bono, na humahantong sa pagbuo ng isang pantay na halaga ng mga elektron sa zone ng pagpapadaloy at mga butas sa valence zone. Ang proseso ng thermoteration of charge Ang mga carrier ay probabilistic, at sa kaso ng pagbuo ng sariling carrier ang singil ng kanilang konsentrasyon ay tinutukoy ng kaugnayan
saan ako. - epektibong densidad ng mga estado, na ibinigay, ayon sa pagkakabanggit, sa ilalim ng zone ng pagpapadaloy sa kisame ng libreng zone.
Upang kontrolin ang uri ng elektrikal na kondaktibiti at ang halaga ng koryente ng semiconductor sa mga node ng kristal na sala-sala nito ay ipinakilala sa isang mababang konsentrasyon ng mga impurities na may valence,
naiiba sa isang malaki o mas maliit na bahagi ng valence ng pangunahing semiconductor atoms. Ang ganitong mga impurities sa ipinagbabawal na semiconductor zone ay tumutugma sa karagdagang mga antas ng enerhiya: donor - malapit sa ilalim ng zone ng pagpapadaloy at tagatanggap - malapit sa kisame ng valence zone. Ang enerhiya na kinakailangan para sa thermogeneration ng mga carrier ng singil na dulot ng pagkakaroon ng mga impurities (impurities ionization energy) ay 50-100 beses na mas maliit kaysa sa lapad ng ipinagbabawal na zone:
Ang proseso ng thermogeneration ng karumal-dumal na carrier ay probabilistic at inilarawan sa pamamagitan ng mga formula
kung saan ang konsentrasyon ng donor impurities, at - mga impurities sa pagtanggap. Habang ang temperatura ay mababa, hindi lahat ng impurities Ionisovans at ang konsentrasyon ng carrier ay kinakalkula sa pamamagitan ng mga formula (4). Gayunpaman, sa mga tipikal na kaso, na nasa temperatura na makabuluhang nasa ibaba ng silid (tungkol sa -60 0 c), ang lahat ng mga impurities ay ionized at, na may karagdagang pag-init, ang konsentrasyon ay hindi nagbabago at katumbas ng konsentrasyon ng mga impurities na ipinakilala (bawat atom ng Ang karumihan ay "nagbigay" ng isang carrier ng singil. Samakatuwid, sa ilang hanay ng temperatura ang konsentrasyon ng mga carrier, halos, ay hindi nakasalalay sa temperatura (rehiyon II. Figure 4). Gayunpaman, na may isang makabuluhang pagtaas sa temperatura (para sa silikon, halimbawa, isang daang tungkol sa 120 ° C), ang pagkasira ng sarili nitong mga bono sa mekanismo na kinakatawan ng formula (3) at ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil ay nagsisimula na lumago nang masakit. Ang itinuturing na naglalarawan ng Fig. 4, na nagtatanghal ng mga dependences ng temperatura ng mga konsentrasyon ng carrier carrier sa isang semi-luggage scale mula sa inverse temperatura (ang kaginhawahan ng naturang sukat ay nagiging maliwanag pagkatapos ng logarithming expression (3) at (4)).
Dito - ang temperatura ng impurition pagkahapo ay ang temperatura ng paglipat sa sarili nitong kondaktibiti. Formula para sa Ras.
Larawan. 4. Pag-asa sa temperatura ng konsentrasyon ng mga pangunahing carrier ng singil sa impurity semiconductor n. - I-type. I. - Rehiyon ng mahina ionization ng impurities (impurity conduit) (); II. - isang lugar ng impurition pagkahapo (); III - Lugar ng sariling kondaktibiti ().
ang chet ng mga temperatura ay ipinapakita sa ibaba. Sa lugar .Iii. Ang henerasyon ng mga carrier ng singil ay nangyayari alinsunod sa formula (3). Sa mas mababang temperatura, ang prosesong ito ay bale-wala, at samakatuwid sa rehiyon .I. Ang henerasyon ng mga carrier ay tinutukoy lamang sa pamamagitan ng formula (4). Tulad ng mga sumusunod mula sa mga expression (3) at (4), ang anggulo ay mas malaki, mas malaki ang lapad ng ipinagbabawal na semiconductor zone, at ang anggulo ay mas malaki, mas malaki ang lakas ng ionization ng mga donor (mga tagatanggap). Isinasaalang-alang iyan, tinutukoy natin iyan\u003e.
Quasi-free charge carrier (at mga electron at butas), pagkakaroon ng average na enerhiya ng init gumawa ng isang magulong kilusan na may isang thermal bilis. Panlabas na epekto (electric field, electromagnetic field, gradient temperatura, atbp.) Tanging "order" sa pamamagitan ng kaguluhan, bahagyang Pagtuturo ng mga carrier ng singil, pangunahin alinsunod sa nakalakip na epekto. Kung ang panlabas na impluwensiya na ito ay ang electric field, ang itinuro na paggalaw ng mga carrier ng singil - nangyayari ang drift. Sa parehong oras density ng drift kasalukuyang
kung saan - ang koryenteng kondaktibiti - ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil - ang rate ng itinuro kilusan sa ilalim ng impluwensiya ng isang panlabas na electric field intensity E..
Bilang isang panuntunan, kapag ang batas ng ohm ay ginanap, appointment E - Magpadala lamang ng mga carrier ng singil nang hindi binabago ang kanilang enerhiya (ang mga patlang ay mahina). Kaya, ang rate ng paggalaw ng mga carrier ng singil ay nananatiling pantay-pantay, at ang bilis ng pag-agos na nagpapahiwatig ng kahusayan ng kilusang itinuro ng koponan ng carrier ay nakasalalay sa iba't ibang mga depekto sa kristal na lattice na malakas na makagambala sa kilusan na ito. Ang parameter na nagpapakilala sa pagiging epektibo ng itinuro na kilusan ng mga carrier ng singil ay tinatawag na kadaliang mapakilos:
Malinaw, mas malaki sa kristal na sala-sala ng mga depekto na kasangkot sa scattering ng mga carrier ng singil, mas mababa. Sa ilalim ng scattering, mga pagbabago sa quasi-pulse direktang kilusan ng singil carrier na dulot ng impluwensiya ng mga depekto. Bilang karagdagan, dahil sa kristal ay palaging iba't ibang uri ng mga depekto (thermal pagbabagu-bago ng mga atomo, impurities, atbp.), Ang kadaliang kumilos ng carrier ng singil "ay kinokontrol" sa pamamagitan ng pinaka mahusay na scattering mekanismo:
kung saan m σ ay ang nagresultang kadaliang kumilos ng mga carrier ng singil sa semiconductor; M i - Mobility dahil sa i.scattering mechanism. Halimbawa, sa mataas na temperatura, ang M σ ay kinokontrol ng kontribusyon sa scattering ng init oscillations ng sala-sala, at may pagtaas ng temperatura bumababa. Sa larangan ng mababang temperatura, kapag ang kontribusyon ng lattice scattering sa M σ ay maliit, singilin ang mga carrier na may isang maliit, mahabang panahon upang maging sa larangan ng mga pwersa ng coulomb (atraksyon o pag-urong) ionized impurities. Ito ang mekanismo ng scattering "controls" m σ sa semiconductors sa mababang temperatura. Samakatuwid, ang kadaliang kumilos ng mga carrier depende sa temperatura ay tinutukoy ng semi-empirical ratio ng form:
saan a.at b. - Mga permanenteng halaga.
Ang husay na pagtitiwala ng LNM σ (t) sa mga kristal ng form (7) ay iniharap sa Fig. 5. Sa figure na ito, ang curves 1 at 2 ay naglalarawan ng katotohanan na ang pagtaas ng konsentrasyon ng mga impurities ( N. PR1.<N. PR2) Bumababa m σ sa larangan ng mababang temperatura, umaalis sa tuluy-tuloy na mekanismo ng lattice scattering sa kristal.
Lattice scattering sa acoustic phonons prevails with. T\u003e100 K. Sa kasong ito, sa rehiyon ng mga impurities, kapag maaari mong ilagay
Larawan. 5. Pag-asa sa temperatura ng kadaliang kumilos ng mga carrier ang electrical conductivity ay maaaring bumaba sa isang pagtaas sa temperatura sa pamamagitan ng pagbawas ng kadaliang mapakilos ng mga carrier m σ ( T.) Dahil sa scattering ng mga carrier ng singil sa acoustic phonons. Gawain para sa iskedyul ng kasunduan Trabaho Layunin ng trabaho: semiconductor radiation electrical conductivity metal. E \u003d 2k (ln (r) / (1 / t)) kung saan k \u003d 1.38 * 10-23 j / k, t - temperatura sa Kelvin, R (OM) - paglaban. 3. Tukuyin ang slope ng linear na bahagi ng graph at kalkulahin ang linear expansion koepisyent para sa metal at ihambing ito sa isang halaga ng talahanayan. Para sa mga metal at semiconductors, ang epekto ng mga pagbabago sa kondaktibiti ay kilala kapag nagbago ang temperatura. Ang mekanismo ng hindi pangkaraniwang bagay sa mga sangkap na ito ay iba-iba. Tulad ng kilala, mga metal na may pagtaas ng temperatura paglaban pagtaas bilang isang resulta ng isang pagtaas sa scattering ng enerhiya ng kasalukuyang carrier sa sala-sala oscillations sa pamamagitan ng batas Rt \u003d ro (1 + a (t - tot)), kung saan ang ro ay ang paglaban sa 0 ° C (273 k); RT - paglaban sa temperatura T1, A - temperatura koepisyent. Para sa iba't ibang mga riles, ang halaga nito ay naiiba. Kaya para sa Platinum a \u003d 3.9 · 10-3 K-1, para sa nickel a \u003d 5.39 · 10-3 K-1. Ang mga thermometer ng paglaban ay nilikha sa paglaban ng paglaban ng ari-arian, na nagbibigay-daan upang masukat ang temperatura ng paglaban sa hanay mula -200 ° C hanggang +850 ° C. Ang pinaka-karaniwan ay ang mga thermometers batay sa nikel at platinum resistance: PT-100 o ni- 100. Ang kanilang paglaban sa 0 ° C ay pinili na katumbas ng 100 ohms. Ang standard ay lumalaban din sa 500 ohms at 1 com. Upang ilipat ang sinusukat na halaga, paglaban sa mga halaga ng temperatura May mga espesyal na talahanayan. 1. Pag-asa sa temperatura ng resistivity. Ang kilusan ng mga libreng elektron sa metal ay maaaring isaalang-alang bilang pagpapalaganap ng mga flat wave, ang haba ng kung saan ay tinutukoy ng de broglyl ratio: kung saan ang V ay ang average na bilis ng kilusan ng init, E ay ang enerhiya ng maliit na butil. Ang ganitong flat wave sa mahigpit na periodic potensyal ng perpektong kristal na sala-sala ay nalalapat nang walang scattering ng enerhiya, i.e. nang walang pagpapalambing. Kaya, ang libreng landas ng elektron sa perpektong kristal ay katumbas ng?, At ang electrical resistance ay zero. Ang scattering ng enerhiya na humahantong sa paglaban ay nauugnay sa mga depekto ng istraktura. Ang epektibong pagsabog ng mga alon ay nangyayari kapag lumampas ang laki ng scattering centers. Sa mga metal, ang enerhiya ng mga elektron ay 3? 15 EV, i.e. L \u003d 3? 7 A. Samakatuwid, ang anumang micronegeneration ay pumipigil sa pagkalat ng alon. Sa purong riles, ang tanging dahilan para sa scattering at ang limiting haba ng libreng agwat ng mga electron ay thermal oscillations ng sala-sala, i.e. Atoms. Sa pagtaas ng temperatura ng amplitude ng thermal oscillations lumalaki. Kung naniniwala kami na pinadali na ang intensity ng scattering ay direktang proporsyonal sa cross section ng dami ng globo, na inookupahan ng oscillating atom, at s seksyon DA2, kung saan ang da ay ang amplitude ng thermal oscillations, pagkatapos ay ang Libreng landas haba: kung saan n ang bilang ng mga atoms sa bawat dami ng yunit. Ang potensyal na enerhiya ng isang atom deviating sa da mula sa node ay tinutukoy ng pagkalastiko. Ang nababanat na enerhiya, EUPR, ay isinulat bilang. kung saan ang kupr ay ang koepisyent ng pagkalastiko. Ang average na enerhiya ng isang one-dimensional na maharmonya osileytor ay katumbas ng kt Kt\u003e (da) 2 \u003d (4) Sa larangan ng mababang temperatura, hindi lamang ang amplitude ng mga oscillations ay nabawasan, ngunit din ang dalas ng mga oscillations ng atoms at ang scattering ay hindi epektibo, i.e. Ang pakikipag-ugnayan sa mga sala-sala ay bahagyang nagbabago lamang ang pulso ng mga elektron. Ang maximum na dalas ng thermal oscillations Vmax ay tinutukoy ng temperatura ng Debye, thermal energy Sa klasikal na teorya, tiyak na kondaktibiti kung saan ang VF ay isang bilis ng elektron na malapit sa antas ng Fermi, ang N ay ang konsentrasyon ng elektron sa bawat dami ng yunit. isinasaalang-alang iyon Larawan. isa. Depende ng resistivity ng mga metal: a) - Sa isang malawak na hanay ng mga temperatura, B) - para sa iba't ibang mga materyales. Ang linear approximation ng temperatura depende RT (t) ay may-bisa sa t ~, at ~ 400-450 k para sa karamihan ng mga riles. Samakatuwid, ang linear approximation ay may bisa sa temperatura mula sa kuwarto at mas mataas. Sa T.< Tкомн. cпад rT обусловлен выключением фононных частот и rT ~ Т5 - закон Блоха - Грюнайзена (участок степенной зависимости очень мал) (Рис. 1). Sa ganitong paraan, Rt \u003d r tungkol sa gumanap sa isang tiyak na saklaw ng temperatura (Larawan 1.). Platinum pagsukat risistor sa isang ceramic na uri ng PT-100 ay gumagana sa hanay 0? 400С, habang ang halaga ng pagtutol ay nag-iiba mula sa 100 hanggang 247.04 ohms halos linearly. 2. Mga Pangunahing Kaalaman ng Zone Theory of the Crystal. Ang solid, tulad ng kilala, ay binubuo ng mga atomo, i.e. Mula sa nuclei ng atoms at electron. Ang mga atomic core ay bumubuo ng isang kristal na sala-sala na may spatial frequency. Ang kilusan ng mga elektron sa isang solid ay katumbas ng paggalaw ng mga elektron sa isang spatial periodic field. Kapag naglalarawan ng kilusan ng elektron sa pana-panahong larangan ng kristal na sala-sala, ang mekaniko ng quantum ay nagbibigay ng mga resulta na maginhawa upang ihambing sa mga resulta ng quantum mekanikal para sa isang nakahiwalay na atom. Ang mga elektron sa isang nakahiwalay na atom ay may mga discrete enerhiya na halaga, at ang spectrum ng libreng atom ay kumakatawan sa isang hanay ng mga discrete spectral lines (Larawan 2). Kapag pinagsasama ang n magkatulad na mga atomo na bumubuo ng isang solid, ang bawat antas ng enerhiya ay nahati sa n malapit na mga antas na bumubuo ng zone (Larawan 2-B). Kaya, sa halip na ang sistema ng mga indibidwal na antas ng enerhiya sa solid, ang sistema ng mga enerhiya zone ay lilitaw, ang bawat isa ay binubuo ng malapit na matatagpuan antas. Ang mga zone ng mga enerhiya na napakarami ay nahiwalay sa bawat isa sa pamamagitan ng ilang agwat, na tinatawag na Forbidden Zone (Larawan 2). Ang "distansya" ng enerhiya sa pagitan ng mga pinapayagang zone (i.e, ang lapad ng mga ipinagbabawal na zone) ay tinutukoy ng enerhiya ng bono ng elektron na may mga atomo ng sala-sala. Larawan. 3. Kung ang mga elemento bahagi ng mga antas ay libre o sa pangunahing zone ay ipinapataw sa isang libre, walang trabaho zone, pagkatapos ay ang mga elemento ay binibigkas metal properties. Ang pamamahagi ng mga elektron sa pamamagitan ng enerhiya sa metal ay tinutukoy ng mga istatistika ng Fermi Dirac. Ang pamamahagi ng function ay: K - Permanent Boltzmann, T - Absolute temperatura, E-kinetic electron energy na matatagpuan sa isang naibigay na antas ng enerhiya, EF - Fermi level energy. Ang graphical na pag-asa sa E ay ipinapakita sa Fig. 3. Ang curve ay naglalarawan ng pagtitiwala na ito para sa T \u003d 0. Ang iskedyul ay nagpapakita na ang lahat ng mga estado na may enerhiya, mas mababa EF, ay inookupahan ng mga electron. Sa mga estado na may E\u003e EF Electron Enerphones. Sa temperatura sa itaas ng absolute zero (T\u003e 0), ang pamamahagi ng mga electron sa pamamagitan ng energies ay binibigyan ng curve 2. Sa kasong ito ay may mga elektron na may E\u003e ENF energy. Larawan. apat. Sa semiconductors at dielectrics, ang zone ng valence electron ay ganap na puno, at ang pinakamalapit na libreng zone - ang pagpapadaloy zone ay hiwalay mula dito isang ipinagbabawal na zone. Para sa lapad ng dielectric, ang ipinagbabawal at umabot sa ilang elektron-volts, para sa mga semiconductors ay mas mababa, halimbawa, para sa Alemanya E \u003d 0.72 EV. Ang lapad ng Forbidden Zone ay ang pinakamahalagang parameter ng semiconductor o dielectric na materyal at higit sa lahat ay tumutukoy sa mga katangian nito. Ang elektronikong kondaktibiti sa semiconductors, pati na rin sa mga metal, ay itinuturing na perpektong gas at subordinate sa mga istatistika ng Fermi Dirac. Tiningnan ang function ng pamamahagi. Ang mga atom ng mga banyagang sangkap sa kristal na sala-sala ay nasa mga katangian ng semiconductors. Ang karumihan ay nakakagambala sa periodicity ng kristal at bumubuo ng mga karagdagang antas sa spectrum ng enerhiya ng semiconductor na matatagpuan sa Forbidden Zone. Kung ang antas ng enerhiya ng karumihan ay malapit sa ilalim ng zone ng pagpapadaloy (Larawan 5), ang paglipat ng init ng mga elektron mula sa mga antas na ito sa zone ng pagpapadaloy ay mas malamang kaysa sa paglipat mula sa puno na zone, dahil Ang konsentrasyon ng mga elektron sa zone ng pagpapadaloy sa kasong ito ay mas malaki kaysa sa konsentrasyon ng mga butas sa bakanteng zone. Ang ganitong mga impurities ay tinatawag na donor, at ang kondaktibiti ng electronic o n-type. Kung ang mga antas ng karumihan ay malapit sa hangganan ng zone ng valence, ang mga electron na bumabagsak sa kanila sa ilalim ng pagkilos ng thermal movement ay konektado. Sa kasong ito, ang mga pangunahing carrier ng kasalukuyang ay magiging mga butas sa puno na zone. Ang ganitong mga impurities ay tinatawag na acceptor, at ang semiconductor ay may butas kondaktibiti o p-uri. Larawan. lima. a) donor; b) Acceptor. Ipaliwanag sa amin ang halimbawa ng Elementary Semiconductor Germany, na matatagpuan sa isang 4-subgroup ng mendeleev table. Ang bawat isa sa mga atomo nito ay may apat na valence electron at apat na komunikasyon na nakatuon sa komunikasyon ng Tetrahedral. Salamat sa pagkontak ng pairwise electronic (covalent) ng kalapit na mga atomo, ang V-zone nito ay lumilitaw na ganap na abala. Ang pagpapalit ng mga atoms ng pangunahing substansiya atoms ng mga elemento ng karumihan 5 subgroups - antimonyo, arsenic, posporus - ay nangangahulugang pagsasama sa sistema ng pares - elektronikong mga bono ng mga atomo na may "mga labis" na mga elektron. Ang mga elektron na ito ay nauugnay sa mga nakapaligid na atoms na mas mahina kaysa sa iba at medyo madaling maaaring maging malaya tungkol sa valence ugnayan. Sa wikang enerhiya, nangangahulugan ito na ang hitsura malapit sa mas mababang gilid ng zone ng pagpapadaloy ng mga antas ng donor na may enerhiya ng ionization. Ang isang katulad na resulta ay nakuha sa pagpapakilala ng mga impurities ng 3-subgroups - aluminyo, Indya, Gallium: ang kakulangan ng mga electron mula sa V-zone sa mga antas ng acceptor. Mahalaga na ang konsentrasyon ng mga impurities atoms ay mas mababa atoms ng pangunahing sangkap - sa kasong ito, ang mga antas ng enerhiya ng atoms ay maaaring itinuturing na lokal. Temperatura depende ng electrical kondaktibiti ng semiconductors. Sa sarili nitong semiconductor, ang libreng media ay lumitaw lamang dahil sa pagsira ng mga bono ng valence, kaya ang bilang ng mga butas ay katumbas ng bilang ng mga libreng elektron, i.e. n \u003d p \u003d ni, kung saan ang ni ay ang sarili nitong nagtatapos, at ang elektrikal na kondaktibiti sa temperatura na ito ay katumbas ng: kung saan ang MN at MP - elektron na kadaliang kumilos at butas, e-EDLEARY CHARGE. Sa donor semiconductor, tinutukoy ang electrical conductivity Sa kaso ng pagkalat ng mga impurities ng pagtanggap Ang pagtaas ng temperatura ng koryenteng kondaktibiti ay tinutukoy ng pag-asa ng konsentrasyon ng N sa kadaliang kumilos ng mga carrier ng singil mula sa temperatura. Sariling semiconductor. Para sa sarili nitong semiconductor, ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil (n \u003d p \u003d ni) ay maaaring ipahayag ng ratio: kung saan medyo mahina depende sa temperatura. Mula sa (3) maaari itong makita na ang pagtatapos ng libreng carrier ng NI ay depende sa temperatura T, ang lapad ng ipinagbabawal na zone E, ang mga halaga ng epektibong masa ng mga carrier ng singil m * n at m * p. Ang pagtaas ng temperatura ng konsentrasyon ng NI sa E \u003e\u003e KT ay tinutukoy pangunahin ng isang exponential member ng equation. Dahil mahina depende sa temperatura, ang graph ng pag-asa ng LN NI mula 1 / t ay dapat ipahayag ng tuwid na linya. Danior semiconductor. Sa mababang temperatura, posible na pabayaan ang bilang ng mga transition ng elektron mula sa valence zone sa zone ng koryente at isaalang-alang lamang ang paglipat ng mga elektron mula sa mga antas ng donor sa zone ng koryente. Temperatura ng pagtitiwala Ang konsentrasyon ng mga libreng elektron ng donor semiconductor sa relatibong mababa ang temperatura at bahagyang ionization ng karumihan atoms ay ipinahayag ng ratio: kung saan ang bilang ng mga antas (atoms) ng donor impurity sa isang solong semiconductor unit (ang dulo ng donor impurity) E lalim ng isang karumihan ng donor. Mula sa (10) sumusunod Ito ay isang lugar ng mahina ionization ng mga impurities. Ito ay ipinahiwatig ng bilang 1 sa Fig. 6, na nagpapakita ng pagbabago sa konsentrasyon n na may temperatura para sa isang donor semiconductor. Larawan. 6. Sa isang mas mataas na temperatura kt\u003e at isang, kapag ang lahat ng mga electron na may mga antas ng donor ay maaaring pumunta sa c-zone. Ang pagtatapos ng mga elektron sa zone ng pagpapadaloy ay nagiging katumbas ng pagtatapos ng donor impurity n \u003d na. Ang hanay ng temperatura na ito na kung saan ang impurition ionization ay nangyayari, ay ang pangalan ng expuration exhaustion region at sa Fig. 6 minarkahang digit 2. Sa isang karagdagang pagtaas sa temperatura, ang ionization ng pangunahing sangkap atoms magsimula. Ang pagtatapos ng mga electron ng C-Zone ay tataas na dahil sa mga transition ng mga elektron mula sa valence sa C-zone, ang mga di-pangunahing carrier ng singil-butas ay lilitaw sa valence zone. Kapag ang antas ng Fermi ay umabot sa gitna ng ipinagbabawal na zone, pagkatapos n \u003d p \u003d ni at ang semiconductor mula sa karumihan ay nalikom sa sarili nito (rehiyon 3. Larawan 6). Acceptor semiconductor. Sa mababang temperatura, maaari mong pabayaan ang paglipat ng mga elektron mula sa V sa C-zone at isaalang-alang lamang ang paglipat ng mga electron mula sa valence zone sa mga antas ng pagtanggap. Sa kasong ito, ang pagtitiwala sa temperatura ng konsentrasyon ng mga libreng butas ay ipinahayag bilang: Kung saan ang pagtanggap ng katanggap-tanggap na karumihan, ENERGY ENERGYON ENERGY. Mula sa (12) sumusunod Sa pagtaas ng temperatura, ang lahat ng mga antas ng pagtanggap ay puno ng mga elektron na lumilipat mula sa V-zone. Kapag kt\u003e e a, ang karumihan ay naubos na, ang konsentrasyon ng mga butas sa v-zone ay katumbas ng konsentrasyon ng katanggap-tanggap na karumihan na. Sa isang karagdagang pagtaas sa temperatura, mayroong higit pa at higit pa sa sarili nitong carrier dahil sa paglipat ng isang elektron mula sa V hanggang sa C-zone at sa ilang mga temperatura ang kondaktibiti ng semiconductor ay transformed sa sarili nitong. Temperatura depende ng carrier kadaliang mapakilos. Mobility of charge carriers M, numerically katumbas ng bilis ng carrier, binili ng mga ito sa ilalim ng pagkilos ng isang de-koryenteng larangan ng solong pag-igting: Ang kadaliang mapakilos ng mga elektron, m, at mga butas, ang mga MP ay magkakaiba dahil sa pagkakaiba sa epektibong masa at ang oras ng libreng agwat ng mga elektron at butas, na nakasalalay sa mekanismo ng scattering ng elektron at mga butas sa semiconductor crystal lattice. Maaari kang pumili ng ilang mga scattering mekanismo ng carrier ng singil: sa mga thermal oscillations ng mga atoms ng kristal sala-sala; sa ionized impurities (impurity ions); sa neutral impurities (karumihan atoms); sa mga depekto ng sala-sala (mga bakante, mga depekto sa punto, mga dislocation, mga hangganan ng crystallite, atbp.); sa mga carrier ng singil. Dahil sa maliit na pagkakaiba ng mga depekto at singilin ang mga carrier 4) at 5), ang mga species ng scattering ay karaniwang napapabayaan. Sa kaso ng scattering ng mga carrier ng singil (mga alon ng mga carrier na ito) sa mga oscillation ng init ng sala-sala, ang kadaliang sanhi ng ganitong uri ng pagsabog ay bumababa sa pagtaas ng temperatura ayon sa batas Scattering on heat oscillations Ang lattice ay nananaig sa mataas na temperatura. Sa kaso ng scattering ng carrier sa ionized impurities, ang kadaliang kumilos ay lumalaki sa isang temperatura: Ang scattering mechanism na ito ay nananaig sa mababang temperatura. Kung ang parehong mga mekanismo 1) at 2 ay kasangkot sa scattering ng carrier) at sila ay independiyenteng, pagkatapos ay ang temperatura ng pagtitiwala ng M ay maaaring kinakatawan bilang: kung saan ang proporsyonalidad ng A at B. Ang scattering ng carrier sa neutral impurities ay hindi nakasalalay sa temperatura o sa enerhiya ng carrier at nakakaapekto sa napakababang temperatura, kapag ang init oscillations ng sala-sala ay hindi maglaro ng isang kapansin-pansin na papel at ang antas ng ionization ng mga impurities ng Mala. Pagtitiwala sa temperatura. Isinasaalang-alang ang pagtitiwala ng konsentrasyon at kadaliang kumilos ng mga carrier mula sa temperatura, ang partikular na koryenteng kondaktibiti ng sarili nitong semiconductor ay maaaring nakasulat bilang: Ang multiplier ay nag-iiba nang dahan-dahan sa temperatura, habang ang multiplier ay nakasalalay sa temperatura kapag e \u003e\u003e kt. Samakatuwid, para sa hindi masyadong mataas na temperatura, maaari naming ipalagay na At pagpapahayag (18) palitan ang mas madali Isaalang-alang ang pag-uugali ng semiconductor kapag lumilipat mula sa mababang temperatura hanggang mataas. Sa isang donor o katanggap-tanggap na semiconductor, ang kondaktibiti sa mababang temperatura ay karumihan. Dahil ang temperatura ay mababa, pagkatapos ay ang ionized impurities at ang scattering sa neutral atoms ay nananaig, kung saan m ay hindi nagbabago sa temperatura. Samakatuwid, ang pagtitiwala sa temperatura ay matutukoy ng pag-asa ng konsentrasyon sa temperatura. Para sa elektrikal na kondaktibiti ng donor semiconductor ayon sa (2.4) at (2.5) maaari mong i-record Alinsunod dito, para sa koryenteng kondaktibiti ng tanggapang semiconductor. Malinaw, kung ang mga equation (14) at (15) bumuo ng graphically sa mga coordinate ng LN at 1 / t, pagkatapos ay mula sa mga slope ng mga dependency (Larawan 7), maaari mong matukoy ang enerhiya ionization ng isang donor o katanggap-tanggap na karumihan: Itataas namin ang temperatura at mahulog sa lugar ng pag-ubos ng karumihan (Larawan 6. Rehiyon 2), kung saan ang katapusan ng mga pangunahing carrier ay nananatiling pare-pareho at ang conductivity ay nagbabago dahil sa pagbabago sa Mobility M na may temperatura. Sa seksyon 2 ng curve ln (1 / t) (Larawan 7) At ang electrical conductivity ay lumalaki nang bahagya sa temperatura, dahil Ang scattering sa ions ng impurity prevails, kung saan m ~ t3 / 2. Susunod, na may pagtaas ng temperatura, bumababa ang electrical conductivity, dahil Ang pagsabog sa mga oscillation ng init ng mga lattice ay nananaig, kung saan ang m ~ t3 / 2 (seksyon 3, Larawan 7). Sa wakas, sa sapat na mataas na temperatura, ang kondaktibiti ng semiconductor ay nagiging sarili nito, at sa mga kondisyong ito maaari mong matukoy ang lapad ng Forbidden Semiconductor Zone Kung saan k \u003d 1.38 * 10-23 j / k \u003d 8.6 * 10-5 ev / k Larawan. 7. a) - sariling semiconductor, b) - impurity semiconductor. Mga tagubilin para sa gawaing laboratoryo "Pag-aaral ng temperatura na pagtitiwala ng mga de-koryenteng kondaktibiti ng mga metal at semiconductors" Naghahain ang electric furnace para sa pagpainit ng mga sample. Ang temperatura ng mga sample ay sinusukat ng temperatura metro sensor sa pagsukat aparato. Ang pagtitiwala sa pagtutol sa metal sa temperatura ay matatagpuan ayon sa formula: Sa semiconductor, ang parehong pag-asa ay sumusunod: Mga dapat gawain: E \u003d 2k (ln (r) / (1 / t)) kung saan k \u003d 1.38 * 10-23 J / K, T-temperatura sa Kelvin, R (oum) -Upang paglaban. 3.3 Tukuyin ang slope ng linear na bahagi ng graph at kalkulahin ang temperatura koepisyent para sa metal at ihambing ito sa isang tabular na halaga.
Sa semiconductors na may iba't ibang konsentrasyon ng mga impurities. N PR1.
