Những thiết bị bán dẫn. Lebedev A.I. Vật lý của các thiết bị bán dẫn. Đặc tính dòng điện-điện áp của bóng bán dẫn

Tất cả các chất rắn, theo tính chất điện của chúng, có thể được chia thành kim loại, chất bán dẫn và chất điện môi. Điện trở suất (p) của các chất rắn khác nhau thay đổi trong giới hạn rất rộng: đối với kim loại p< 10 -4 Ом см, для полупроводников р - 10~ 4 -Ю 10 Ом*см, для диэлектриков р >10 ohm cm Những khác biệt về giá trị p này là do đặc thù của cấu trúc năng lượng đối với các loại chất rắn kết tinh khác nhau. Cấu trúc trạng thái năng lượng của chất bán dẫn và chất điện môi (Hình 1.1) về cơ bản không khác nhau, mọi sự khác biệt chỉ là do sự khác biệt về vùng cấm (A E e): trong chất bán dẫn thường AE 3^ 3 eV và trong điện môi AE 3 > 3 eV.

Được sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị điện tử vật liệu bán dẫn được tìm thấy, được chia thành sở hữu(tinh khiết, không pha tạp) và tạp chất. Cả trong chất bán dẫn nội tại và tạp chất (năng lượng

Cơm. 1.1

sơ đồ sau này được thể hiện trong hình. 1.2) có hai loại sóng mang điện miễn phí - điện tử Và hố. Nhà cung cấp dịch vụ miễn phí Những chất mang như vậy được gọi là có động năng lớn hơn năng lượng liên kết tiềm năng của chúng với các nguyên tử. Nồng độ của chất mang tự do được xác định bởi hai quá trình đối lập - thế hệ Và sự tái tổ hợp. Việc tạo ra các hạt mang điện, tức là sự hình thành các electron và lỗ trống tự do, được thực hiện khi chất bán dẫn tiếp xúc với năng lượng nhiệt, ánh sáng, bức xạ ion hóa, chùm hạt tích điện và các yếu tố năng lượng khác. Trong điều kiện cân bằng nhiệt động lực học (ở nhiệt độ T > O K) luôn có sự sinh nhiệt của các chất mang, cường độ của chúng tăng khi nhiệt độ tăng. Trong chất bán dẫn nội tại, các cặp electron-lỗ trống được hình thành trong quá trình thế hệ.

Trên sơ đồ năng lượng của chất bán dẫn nội tại (xem hình 1.1), quá trình này được minh họa bằng mũi tên 1, cho thấy sự chuyển đổi của một electron từ vùng hóa trị, giới hạn trên của nó tương ứng với năng lượng E trong y vào dải dẫn (E p- cô ấy điểm mấu chốt). Trong vùng hóa trị, khi một electron chuyển sang vùng dẫn sẽ tồn tại một lỗ trống. (Chúng ta hãy biểu thị nồng độ của các electron và lỗ trống tiệc tương ứng.) Như vậy, ở trạng thái cân bằng trong chất bán dẫn nội tại p = p = p 17 I E.

Ở đâu n 1- nồng độ cân bằng của các hạt mang điện tự do trong chất bán dẫn nội tại ở nhiệt độ nhất định.

Ở trạng thái cân bằng, các quá trình hình thành cặp electron-lỗ trống trong chất bán dẫn nội tại được cân bằng

Cơm. 1.2

quá trình tái hợp quân sự. Nồng độ cân bằng của electron và lỗ trống đối với chất bán dẫn nội tại có khe cấm &E. L có thể được tính theo biểu thức sau:

Ở đâu N p = 2(2k trong t p kT/k 2) 3/2, LH B = 2(2k t r kT /K 2) 312 - mật độ hiệu quả của trạng thái năng lượng trong vùng dẫn và vùng hóa trị tương ứng; w p Và t r- khối lượng hiệu dụng của electron và lỗ trống; ĐẾN= 1,38 10 23 J/K - Hằng số Boltzmann; ĐẾN~ 6,6 10~ 34 J s - hằng số Planck; T- nhiệt độ tính bằng độ Kelvin (K).

Trong biểu thức (1.2), hệ số mũ gây ra sự tăng mạnh nồng độ các hạt mang điện tự do khi nhiệt độ tăng T hoặc giảm khoảng cách dải D E 3.Ảnh hưởng của vùng cấm đến nồng độ chất mang trong chất bán dẫn nội tại có thể được minh họa bằng ví dụ về silicon (81) và gali arsenide (GaAb), được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ bán dẫn: khi T= 300K AE 3= 1,12 eV đối với B1 và AE 3= 1,42 eV đối với CaAb và nồng độ chất mang nội tại tương ứng là 1,4 10 10 và 1,8 * 10 6 cm“ 3. Ví dụ này cho thấy rằng sự khác biệt về khoảng cách dải chỉ 1,27 lần dẫn đến sự thay đổi nồng độ chất mang theo bốn bậc độ lớn.

Chất bán dẫn tạp chất có thể người cho, người nhận Và được đền bù. Trong chất bán dẫn của nhà tài trợ, hoặc trong chất bán dẫn loại n(chúng chứa tạp chất cho hóa trị 5, chẳng hạn như phốt pho hoặc asen đối với silicon), tính dẫn điện chiếm ưu thế. Điều này có nghĩa là nồng độ của các electron tự do p p0 y trong đó trong trường hợp nàyđược gọi là hãng vận chuyển chínhở trạng thái cân bằng ở mức không quá nhiệt độ cao T(sao cho £!G <&. E 3) cao hơn nhiều bậc so với nồng độ chất mang của chính nó tôi 1 và lỗ p l0, trong trường hợp này là phương tiện truyền thông không lớn.

Ở nhiệt độ không quá cao, số lượng electron áp đảo trong chất bán dẫn loại l phát sinh do sự ion hóa nhiệt của các nguyên tử cho; Kết quả là, các nguyên tử cho biến thành các ion tích điện dương và các electron bị loại bỏ khỏi chúng trở thành các hạt mang điện tự do.

Trong bộ lễ phục. 1.2, MỘT quá trình này được minh họa bằng một mũi tên và tương ứng với sự chuyển đổi của một electron từ cấp độ tài trợ E l vào vùng dẫn điện. Mức độ E dđược hình thành bởi các nguyên tử tạp chất cho trong vùng cấm. Chênh lệch năng lượng A E l = E i - E d bằng năng lượng ion hóa của các nhà tài trợ. Do năng lượng ion hóa thấp (một phần trăm electron volt trở xuống) ở nhiệt độ phòng (G = 300 K; CT= 0,026 eV) gần như tất cả các nguyên tử cho đều bị ion hóa và nồng độ của các chất mang đa số (trong trường hợp này là các electron) bằng với nồng độ của chất cho n n0~ DO D, và xác định nồng độ chất mang thiểu số (lỗ) định luật tác dụng khối lượng p p0 p p0 = p, và bằng

Ở trạng thái cân bằng trong chất bán dẫn tạp chất, cũng như trong chất bán dẫn nội tại, các quá trình tạo và tái hợp các chất mang tự do xảy ra đồng thời. Kết quả là nồng độ cân bằng của các electron và lỗ trống được thiết lập. Sử dụng biểu thức (1.2) và (1.3), nồng độ hạt tải điện thiểu số (lỗ trống) trong chất bán dẫn donor ở trạng thái cân bằng có thể được xác định bằng công thức sau:

Khi tạp chất chấp nhận có nồng độ /Va được đưa vào chất bán dẫn n 1= p 4 lỗ dẫn điện sẽ chiếm ưu thế trong đó. Chất bán dẫn như vậy được gọi là lỗ hổng hoặc chất bán dẫn loại p. Các lỗ trống trong trường hợp này phát sinh do sự ion hóa của các nguyên tử nhận, tức là do sự bổ sung các electron vào chúng phát sinh khi liên kết bị phá vỡ trong các nguyên tử của chất bán dẫn của chính chúng.

Trên sơ đồ năng lượng (xem hình 1.2, b) quá trình được mô tả tương ứng với sự chuyển đổi của một electron từ vùng hóa trị sang mức chấp nhận E a, nằm trong vùng cấm gần trần nhà E trong dải hóa trị. Kết quả là, các mức tự do được hình thành trong vùng hóa trị và nguyên tử nhận chuyển thành ion âm. Tương tự như chất bán dẫn cho, trong chất bán dẫn nhận, do năng lượng ion hóa thấp ở nhiệt độ phòng nên hầu như tất cả các nguyên tử nhận đều bị ion hóa và nồng độ của các chất mang đa số p/R) (trong trường hợp này là lỗ trống) bằng nồng độ của người nhận 7V a, tức là r rồ" N.a. Cân bằng

nồng độ hạt tải điện thiểu số - electron Prts- ta hãy xác định từ một quan hệ tương tự như công thức (1.3)

Xét (1.2), dẫn đến biểu thức “đối xứng” với công thức (1.4):

Trong các thiết bị bán dẫn, nồng độ chất cho và chất nhận LG D thay đổi trong khoảng rộng từ 10 13 đến 10 21 cm -3. Ở nồng độ cao của các nguyên tử tạp chất, do sự tương tác mạnh giữa chúng, mức tạp chất ( E l hoặc E a)được chia thành các cấp dưới, do đó tạo thành dải tạp chất, ở nồng độ 7U a, 7U D trên 10 20 cm~ 3, trùng với dải dẫn của chất bán dẫn cho và với dải hóa trị của chất bán dẫn nhận . Khi mức độ tạp chất trùng với dải dẫn hoặc dải hóa trị, năng lượng ion hóa của tạp chất giảm xuống 0 và xuất hiện dải lấp đầy một phần. Giống như trong kim loại, trong trường hợp này độ dẫn điện của chất bán dẫn tồn tại ngay cả ở T= O K. Chất bán dẫn như vậy được gọi là thoái hóa.

Trong điều kiện thực tế, chất bán dẫn thường chứa cả tạp chất cho và tạp chất nhận. Nếu như N d > ./U a, kết quả là chất bán dẫn loại l và với LG a > # d - chất bán dẫn loại p. Trong trường hợp đầu tiên, sự tập trung hiệu quả của các nhà tài trợ là quan trọng N d- LG a, và trong trường hợp thứ hai là nồng độ hiệu dụng của chất nhận LG a - A^ d. Khi LG a = LG D thì chất bán dẫn được gọi là được đền bù. Nồng độ chất mang tự do trong nó giống như trong chất bán dẫn tự nhiên.

Các nguyên tử của một số tạp chất có thể hình thành các mức năng lượng trong vùng cấm ở một khoảng cách đáng kể so với ep Và ep; những nguyên tử như vậy được gọi là bẫy. Các mức năng lượng tương ứng với bẫy của nhà tài trợ nằm ở phía trên giữa khoảng cách dải và các mức chấp nhận nằm ở bên dưới. Bẫy donor là trung tính nếu mức năng lượng tương ứng của nó được lấp đầy (chiếm bởi một electron) và biến thành ion dương nếu mức năng lượng trống. Bẫy chấp nhận là trung tính ở mức tự do và tích điện âm ( ion âm) khi điền vào.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của nồng độ hạt mang điện tự do. Nồng độ chất mang trong chất bán dẫn tạp chất, cũng như trong chất bán dẫn nội tại, phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ. Chúng ta hãy xem xét sự phụ thuộc nhiệt độ của nồng độ electron trong silicon bằng ví dụ về chất bán dẫn loại i (Hình 1.3). Ba khu vực có thể được phân biệt trên đó. Tại nhiệt độ thấp(vùng đất 1) với nhiệt độ ngày càng tăng, nồng độ của các electron tự do (i ~ p p) tăng lên khi số lượng chất cho bị ion hóa tăng lên. Sự phụ thuộc của nồng độ electron vào 1 /Tđược xác định bởi hàm số mũ có dạng exp [-AE A /(2kT)]> do đó, trên thang đo bán logarit, nó được mô tả bằng một đường thẳng, độ dốc của nó tỷ lệ thuận với năng lượng ion hóa của các nhà tài trợ D Ế d, Trong khu vực 2 hầu hết tất cả các donor đều bị ion hóa và nồng độ của các electron nội tại và tôi là không đáng kể, do đó, khi nhiệt độ tăng, tổng số electron tự do thay đổi không đáng kể và nồng độ của chúng có thể coi bằng nồng độ của chất cho: i ~ n n0 ~ N..Ở vùng nhiệt độ cao (vùng 3) Sự ion hóa mạnh mẽ của các nguyên tử của chất bán dẫn xảy ra, do đó nồng độ của các chất mang nội tại trở nên lớn hơn nồng độ của các chất mang tạp chất chính,

Cơm. 1.3

I E. n 1 > n n0~ ^U d. Trong vùng đang xét, nồng độ chất mang được xác định bởi sự phụ thuộc n ~ n 1 ~ exp(-D £ 3 /(2/rm mà theo thang bán logarit được mô tả bằng một đường thẳng có góc dốc p, và tg p tỷ lệ thuận với khoảng cách dải &E y

Việc tăng nồng độ tạp chất không chỉ dẫn đến tăng nồng độ chất mang đa số mà còn làm giảm tỷ lệ nồng độ chất mang thiểu số, theo biểu thức (1.3) và (1.5), gắn liền với một tăng xác suất tái hợp của chúng, tỷ lệ thuận với tích của nồng độ đã ghi nhận.

Số đông Thiết bị bán dẫn hoạt động bình thường trong khoảng nhiệt độ tương ứng với khu vực 2 trong bộ lễ phục. 1.3. Nhiệt độ tối đa trong vùng này Tmax được xác định gần đúng từ điều kiện yy, = N d(đối với chất bán dẫn loại l). Nó tỷ lệ thuận với khoảng cách dải và tăng khi tăng nồng độ tạp chất (xem Hình 1.3, đường cong a, b).

Nồng độ các hạt tải điện thiểu số ở vùng 2, trái ngược với nồng độ các hạt tải điện đa số, tăng mạnh khi nhiệt độ tăng theo các biểu thức (1.4) và (1.6) tương ứng đối với một chất bán dẫn điện tử (trong đó lỗ trống là các hạt tải điện thiểu số) và đối với một chất bán dẫn lỗ trống (hạt mang điện thiểu số là electron). Các thông số của thiết bị, phụ thuộc vào nồng độ của các chất mang thiểu số, cũng sẽ thay đổi theo nhiệt độ ngay cả trong vùng ion hóa hoàn toàn các tạp chất (vùng 2 trong bộ lễ phục. 1.3) và tối đa nhiệt độ làm việc các thiết bị như vậy có thể thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ được xác định bởi các điều kiện n 1= AG D hoặc n 1 =(Đối với chất bán dẫn điện tử hoặc lỗ trống).

Cấp độ Fermi. Các chất mang tự do ở trạng thái năng lượng lấp đầy chất rắn với xác suất khác nhau đáng kể. Theo thống kê lượng tử, xác suất để một electron lấp đầy một mức năng lượng bằng năng lượng E xác định Hàm Fermi-Dirac G(E)>được tính theo công thức sau:

Ở đâu E f- năng lượng tương ứng với cấp độ Fermi. Trong bất kỳ hệ thống cân bằng nào, cho dù nó có thể không đồng nhất đến đâu thì mức Fermi vẫn như nhau đối với tất cả các bộ phận của nó. Theo tính toán cho thấy, trong chất bán dẫn nội tại ở t p V. t r Mức Fermi nằm ở giữa vùng cấm E f = E f = 0,5(E p 4- Ep). TRONG không thoái hóa chất bán dẫn loại l (L^n " P l.) Mức Fermi E f nằm gần vùng dẫn hơn và trong chất bán dẫn loại p không suy biến thì mức Fermi E f nằm gần dải hóa trị hơn. Ở nhiệt độ phòng (Г® 300 K), theo quy luật, nó nằm dưới mức chất cho và trên mức chất nhận đối với chất bán dẫn P- và loại p tương ứng. Nếu trong chất bán dẫn tạp chất, mức Fermi nằm trong vùng cấm ở khoảng cách ít nhất là (2 G)/^ so với mức tương ứng của nó.

ranh giới thì mật độ của electron và lỗ trống sẽ bằng nhau:

Với nhiệt độ ngày càng tăng trong chất bán dẫn tạp chất (ở t p " 25 ™ p) Mức Fermi tiến đến giữa vùng cấm, vì trong trường hợp này độ dẫn nội tại bắt đầu lấn át độ dẫn tạp chất. Sự phụ thuộc của vị trí mức Fermi vào nhiệt độ của silicon với nồng độ tạp chất cho và nhận khác nhau được thể hiện trong hình 2. 1.4, ở đâu E = E f - E i.

Cơm. 1.4

Nếu tôi = A^n hoặc p = A^b (chất bán dẫn suy biến), tức là nồng độ chất mang tương ứng với nồng độ các trạng thái cho phép, khi đó, do nguyên lý Pauli, các electron không thể tùy ý chiếm giữ các mức năng lượng. Mức Fermi trong trường hợp này nằm trong vùng cấm ở khoảng cách nhỏ hơn (2...3) tính từ ranh giới của nó hoặc trong vùng dẫn đối với chất bán dẫn r hoặc trong vùng hóa trị đối với chất bán dẫn p. Đối với các chất bán dẫn có độ suy biến cao, vị trí của mức Fermi cũng như nồng độ của các hạt tải điện đa số không phụ thuộc vào nhiệt độ.

2. Chất bán dẫn. Những thiết bị bán dẫn

2.1. Thông tin chung

Chất bán dẫn là những chất có độ dẫn ở mức trung gian giữa độ dẫn của kim loại và chất điện môi. Chất bán dẫn vừa là chất dẫn điện kém vừa là chất điện môi kém. Ranh giới giữa chất bán dẫn và chất điện môi là tùy ý, vì chất điện môi ở nhiệt độ cao có thể hoạt động giống như chất bán dẫn và chất bán dẫn nguyên chất ở nhiệt độ thấp hoạt động giống như chất điện môi. Trong kim loại, nồng độ electron thực tế không phụ thuộc vào nhiệt độ và trong chất bán dẫn, hạt mang điện chỉ xuất hiện khi nhiệt độ tăng hoặc khi năng lượng được hấp thụ từ nguồn khác.

Chất bán dẫn điển hình là carbon (C), germani (Ge) và silicon (Si). Germanium là một nguyên tố giòn, màu trắng xám được phát hiện vào năm 1886. Nguồn gốc của germanium dioxide dạng bột, từ đó thu được germanium nguyên chất ở dạng rắn, là tro của một số loại than.

Silicon được phát hiện vào năm 1823. Nó được phân bố rộng rãi trong lớp vỏ trái đất dưới dạng silica (silicon dioxide), silicat và aluminosilicates. Cát, thạch anh, mã não và đá lửa rất giàu silicon dioxide. Silicon nguyên chất thu được từ silicon dioxide về mặt hóa học. Silicon là vật liệu bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn sự hình thành các electron dẫn trong chất bán dẫn sử dụng silicon làm ví dụ. Nguyên tử silicon có số sê-ri Z=14 trong bảng tuần hoàn của D.I. Mendeleev. Do đó, nguyên tử của nó chứa 14 electron. Tuy nhiên, chỉ có 4 trong số đó là trống vỏ ngoài và được liên kết yếu. Những electron này được gọi là electron hóa trị và tạo ra bốn hóa trị của silicon. Các nguyên tử silicon có thể kết hợp các electron hóa trị của chúng với các nguyên tử silicon khác bằng cách sử dụng cái gọi là liên kết cộng hóa trị (Hình 2.1). Trong liên kết cộng hóa trị, các electron hóa trị được chia sẻ giữa các nguyên tử khác nhau, dẫn đến sự hình thành tinh thể.

Khi nhiệt độ của tinh thể tăng lên, các dao động nhiệt của mạng dẫn đến sự phá vỡ một số liên kết hóa trị. Kết quả là một số electron trước đây tham gia hình thành liên kết hóa trị bị tách ra và trở thành electron dẫn. Khi có điện trường chúng chuyển động ngược chiều với điện trường và tạo thành điện.

Tuy nhiên, khi một electron được giải phóng trong mạng tinh thể, một liên kết tương tác không được lấp đầy sẽ được hình thành. Những không gian “trống” như vậy thiếu các electron liên kết được gọi là “lỗ trống”. Sự xuất hiện các lỗ trống trong tinh thể bán dẫn tạo ra cơ hội bổ sungđể chuyển phí. Thật vậy, lỗ trống có thể được lấp đầy bởi một electron được truyền dưới tác dụng của dao động nhiệt từ một nguyên tử lân cận. Kết quả là, liên lạc bình thường sẽ được khôi phục ở nơi này, nhưng một lỗ hổng sẽ xuất hiện ở nơi khác. Bất kỳ electron liên kết nào khác, v.v., lần lượt có thể đi vào lỗ mới này. Sự lấp đầy tuần tự của một liên kết tự do bằng các electron tương đương với chuyển động của lỗ trống theo hướng ngược lại với chuyển động của các electron. Do đó, nếu trong sự có mặt của điện trường, các electron chuyển động ngược chiều với điện trường thì lỗ trống sẽ chuyển động theo hướng của điện trường, tức là. cách các điện tích dương sẽ di chuyển. Do đó, trong chất bán dẫn có hai loại chất mang dòng điện - electron và lỗ trống, và tổng độ dẫn điện của chất bán dẫn là tổng độ dẫn điện tử (loại n, từ âm) và độ dẫn của lỗ trống (loại p, từ từ tích cực).

Cùng với sự chuyển đổi của các electron từ trạng thái liên kết sang trạng thái tự do, còn có những chuyển đổi ngược trong đó một electron dẫn bị bắt vào một trong các vị trí trống của các electron liên kết. Quá trình này được gọi là sự tái hợp electron-lỗ trống. Ở trạng thái cân bằng, nồng độ electron (và nồng độ lỗ trống bằng nhau) được thiết lập tại đó số lượng đường thẳng và chuyển đổi ngược lại trong một đơn vị thời gian là như nhau.

Quá trình dẫn điện được xem xét trong chất bán dẫn tinh khiết được gọi là độ dẫn điện nội tại. Độ dẫn điện nội tại tăng nhanh khi nhiệt độ tăng và đây là sự khác biệt đáng kể giữa chất bán dẫn và kim loại, độ dẫn điện của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Mọi vật liệu bán dẫn đều có cực âm hệ số nhiệt độ sức chống cự.

Chất bán dẫn thuần túy là đối tượng được quan tâm chủ yếu về mặt lý thuyết. Nghiên cứu về chất bán dẫn chủ yếu quan tâm đến tác động của việc thêm tạp chất vào vật liệu nguyên chất. Nếu không có những tạp chất này thì hầu hết các thiết bị bán dẫn sẽ không tồn tại.

Các vật liệu bán dẫn nguyên chất như germanium và silicon được giữ ở nhiệt độ phòng một lượng nhỏ cặp electron-lỗ trống và do đó có thể dẫn rất ít dòng điện. Hợp kim được sử dụng để tăng độ dẫn điện của vật liệu nguyên chất.

Doping là việc thêm tạp chất vào vật liệu bán dẫn. Hai loại tạp chất được sử dụng. Các tạp chất thuộc loại thứ nhất - hóa trị năm - bao gồm các nguyên tử có năm electron hóa trị, ví dụ như asen và antimon. Loại tạp chất thứ hai - hóa trị ba - bao gồm các nguyên tử có ba electron hóa trị, ví dụ, indium và gali.

Khi một vật liệu bán dẫn tinh khiết được pha tạp một vật liệu hóa trị năm như asen (As), một số nguyên tử bán dẫn được thay thế bằng các nguyên tử asen (Hình 2.2). Nguyên tử asen đưa bốn electron hóa trị của nó vào liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử lân cận. Electron thứ năm của nó liên kết yếu với hạt nhân và có thể dễ dàng trở nên tự do. Nguyên tử asen được gọi là nguyên tử cho vì nó cho thêm electron. Vật liệu bán dẫn pha tạp chứa đủ số lượng nguyên tử cho và do đó có các electron tự do để duy trì dòng điện.

Ở nhiệt độ phòng, số lượng electron tự do bổ sung vượt quá số lượng cặp electron-lỗ trống. Điều này có nghĩa là vật liệu có nhiều electron hơn lỗ trống. Vì vậy, electron được gọi là hạt mang đa số. Các lỗ được gọi là sóng mang thiểu số. Vì đa số các hạt tải điện có điện tích âm nên vật liệu đó được gọi là chất bán dẫn loại n.

Khi một vật liệu bán dẫn được pha tạp các nguyên tử hóa trị ba, chẳng hạn như nguyên tử indium (In), các nguyên tử này sẽ đặt ba electron hóa trị của chúng vào giữa ba nguyên tử lân cận (Hình 2.3). Điều này sẽ tạo ra một lỗ trống trong liên kết cộng hóa trị.

Sự hiện diện của các lỗ trống bổ sung sẽ cho phép các electron dễ dàng di chuyển từ liên kết cộng hóa trị này sang liên kết cộng hóa trị khác. Vì lỗ trống dễ dàng nhận electron nên các nguyên tử đưa thêm lỗ trống vào chất bán dẫn được gọi là nguyên tử nhận.

Trong điều kiện bình thường, số lượng lỗ trống trong vật liệu đó vượt quá đáng kể số lượng electron. Do đó, lỗ trống là hạt tải điện đa số và electron là hạt tải điện thiểu số. Vì phần lớn các hạt tải điện có điện tích dương nên vật liệu này được gọi là chất bán dẫn loại p.

Vật liệu bán dẫn loại N và loại p có độ dẫn điện cao hơn đáng kể so với chất bán dẫn nguyên chất. Độ dẫn điện này có thể tăng hoặc giảm bằng cách thay đổi lượng tạp chất. Vật liệu bán dẫn bị pha tạp càng nhiều thì càng ít điện trở.

Sự tiếp xúc của hai chất bán dẫn với nhiều loại khác nhauđộ dẫn điện được gọi là điểm nối p-n và có giá trị rất tài sản quan trọng- Điện trở của nó phụ thuộc vào chiều dòng điện. Lưu ý rằng không thể đạt được tiếp xúc như vậy bằng cách ép hai chất bán dẫn vào nhau. Một điểm nối p-n được tạo ra trong một tấm bán dẫn bằng cách hình thành các vùng có các loại độ dẫn điện khác nhau trong đó. Các phương pháp để thu được các mối nối p-n được mô tả dưới đây.

Vì vậy, trong một phần của chất bán dẫn đơn tinh thể, một điểm nối p-n được hình thành ở ranh giới giữa hai lớp có độ dẫn điện khác nhau. Có sự khác biệt đáng kể về nồng độ các chất mang điện. Mật độ electron ở vùng n lớn hơn nhiều lần so với nồng độ của chúng ở vùng p. Kết quả là các electron khuếch tán vào vùng có nồng độ thấp (ở vùng p). Ở đây, chúng kết hợp lại với các lỗ trống và theo cách này tạo ra điện tích âm trong không gian của các nguyên tử nhận bị ion hóa, điện tích này không được bù bởi điện tích dương của các lỗ.

Đồng thời xảy ra hiện tượng khuếch tán lỗ trống vào vùng n. Ở đây, một điện tích dương trong không gian của các ion cho được tạo ra, không được bù bởi điện tích electron. Do đó, một lớp điện tích không gian kép được tạo ra ở ranh giới (Hình 2.4), làm cạn kiệt các hạt tải điện chính. Một điện trường tiếp xúc Ek phát sinh trong lớp này, ngăn cản sự chuyển tiếp của các electron và lỗ trống từ vùng này sang vùng khác.

Trường tiếp xúc duy trì trạng thái cân bằng ở một mức nhất định. Nhưng ngay cả trong trường hợp này, dưới tác dụng của nhiệt phần nhỏ các electron và lỗ trống sẽ tiếp tục đi qua hàng rào thế do điện tích không gian gây ra, tạo ra dòng điện khuếch tán. Tuy nhiên, đồng thời, dưới tác dụng của trường tiếp xúc, các hạt mang điện thiểu số ở vùng p và n (electron và lỗ trống) tạo ra dòng điện dẫn nhỏ. Ở trạng thái cân bằng, các dòng điện này triệt tiêu lẫn nhau.

Nếu bạn kết nối với điểm nối p-n nguồn bên ngoài dòng điện và điện áp như hình vẽ. 2.5 Phân cực ngược sẽ gây ra trường bên ngoài E, cùng hướng với trường tiếp xúc Eк. Kết quả là, chiều rộng của lớp kép sẽ tăng lên và thực tế sẽ không có dòng điện do các hạt tải điện chiếm đa số. Chỉ có một dòng điện nhỏ có thể xuất hiện trong mạch do các hạt tải điện thiểu số (dòng điện ngược Irev).

Khi bật điện áp phân cực trực tiếp, hướng của trường ngoài ngược với hướng của trường tiếp xúc (Hình 2.6). Độ rộng của lớp kép sẽ giảm và dòng điện thuận Ipr lớn sẽ xuất hiện trong mạch. Như vậy, tiếp giáp p-n có độ dẫn điện một chiều rõ rệt. Điều này được thể hiện bằng đặc tính dòng điện-điện áp của nó (Hình 2.7).

Khi áp dụng vào tiếp giáp p-n điện áp chuyển tiếp, khi đó dòng điện tăng nhanh khi điện áp tăng. Khi đặt một điện áp ngược vào tiếp điểm p-n, dòng điện rất nhỏ, nhanh chóng đạt đến trạng thái bão hòa và không thay đổi đến một giá trị giới hạn nhất định của điện áp ngược Urev, sau đó nó tăng mạnh. Đây được gọi là điện áp đánh thủng tại đó xảy ra đánh thủng tiếp giáp p-n và nó sụp đổ. Cần lưu ý rằng trong Hình 2.7 thang đo hiện tại ngược một ngàn lần quy mô nhỏ hơn dòng điện một chiều.

Các thiết bị bán dẫn cơ bản của vi điện tử hiện đại và quá trình vật lýđảm bảo cho công việc của họ. Các đặc tính tĩnh, tần số và xung của thiết bị được phân tích, các phương pháp mô hình hóa mạch của thiết bị được xem xét và các đặc tính của chúng. mạch tương đương. Các thông số giới hạn của các thiết bị vi điện tử hiện đại được xem xét. Đối với mỗi thiết bị, việc này được thực hiện Đánh giá ngắn phương pháp hiện đại việc thực hiện cấu trúc của họ trong mạch tích hợpỒ. Dành cho sinh viên học theo hướng 210100 "Điện tử và Vi điện tử" (210100.62 - Cử nhân, 210100.68 - Thạc sĩ) và các chuyên ngành kỹ thuật 210104.65 "Vi điện tử và Điện tử thể rắn", 210108.65 "Kỹ thuật vi hệ thống", 010803.65 "Thiết bị vi điện tử và bán dẫn", 210601.65 "Công nghệ nano trong điện tử." Tài liệu trong cuốn sách cũng có thể hữu ích cho các nhà khoa học, kỹ sư và nghiên cứu sinh đang tìm cách đạt được kiến thức chuyên môn cần thiết

Bước 1. Chọn sách từ danh mục và nhấp vào nút “Mua”;

Bước 2. Vào phần “Giỏ hàng”;

Bước 3: Chỉ định khối lượng bắt buộc, điền dữ liệu vào khối Người nhận và Giao hàng;

Bước 4. Nhấp vào nút “Tiến hành thanh toán”.

TRÊN khoảnh khắc này mua sách in, truy cập điện tử hoặc sách làm quà tặng cho thư viện trên trang web EBS chỉ có thể thanh toán trước 100%. Sau khi thanh toán, bạn sẽ được cấp quyền truy cập vào toàn văn sách giáo khoa bên trong Thư viện điện tử hoặc chúng tôi bắt đầu chuẩn bị đơn đặt hàng cho bạn tại nhà in.

Chú ý! Vui lòng không thay đổi phương thức thanh toán cho đơn hàng. Nếu bạn đã chọn phương thức thanh toán và không hoàn tất thanh toán, bạn phải đặt lại đơn hàng và thanh toán bằng phương thức thuận tiện khác.

Bạn có thể thanh toán đơn hàng bằng một trong các phương thức sau:

Phương thức không dùng tiền mặt:
- Thẻ ngân hàng: Bạn phải điền vào tất cả các trường của biểu mẫu. Một số ngân hàng yêu cầu bạn xác nhận thanh toán - đối với việc này, mã SMS sẽ được gửi đến số điện thoại của bạn.
- Ngân hàng trực tuyến: các ngân hàng hợp tác với dịch vụ thanh toán sẽ đưa ra mẫu đơn riêng để điền. Vui lòng nhập dữ liệu chính xác vào tất cả các trường.
  Ví dụ, đối với " class="text-primary">Sberbank trực tuyến số lượng yêu cầu điện thoại di động và email. Vì " class="text-primary">Ngân hàng Alfa Bạn sẽ cần đăng nhập vào dịch vụ Alfa-Click và email.
- Ví trực tuyến: nếu bạn có ví Yandex hoặc Ví Qiwi, bạn có thể thanh toán đơn hàng của mình thông qua chúng. Để thực hiện việc này, hãy chọn phương thức thanh toán phù hợp và điền vào các trường được cung cấp, sau đó hệ thống sẽ chuyển hướng bạn đến trang để xác nhận hóa đơn.

Bạn có thể tải xuống tất cả sách và hướng dẫn sử dụng hoàn toàn miễn phí và không cần đăng ký.

MỚI. Kireev P.S. Vật lý của chất bán dẫn. tái bản lần thứ 2. 1975 586 trang PDF. 34,3 MB.
Cuốn sách xem xét các yếu tố của lý thuyết điện tử về độ dẫn điện và độ dẫn điện của chất bán dẫn; lý thuyết dải dựa trên lý thuyết nhiễu loạn; thống kê về electron và lỗ trống; hiện tượng động học trong chất bán dẫn; lý thuyết tán xạ, hiện tượng tiếp xúc và không cân bằng dựa trên phương trình liên tục; lý thuyết về hiện tượng quang học và quang điện trong chất bán dẫn.
Ấn bản đầu tiên của Vật lý bán dẫn, xuất bản năm 1969, nhanh chóng bán hết. Sử dụng rộng rãi sách ở quá trình giáo dục và các chuyên gia trong công việc thực tế cho thấy tính khả thi của phiên bản thứ hai của cuốn sách hướng dẫn này. Vì trong nhiều năm trôi qua kể từ khi xuất bản ấn bản đầu tiên, không có thay đổi cơ bản nào trong ý tưởng của chúng tôi về các hiện tượng vật lý trong chất bán dẫn nên vật liệu này chưa trải qua quá trình xử lý đáng kể nào. Những thay đổi chính liên quan đến những bổ sung cho thấy khả năng lớn hơn của các mối quan hệ toán học để phân tích các hiện tượng vật lý hoặc làm nổi bật nội dung vật lý của các kết luận thu được. Số lượng ví dụ về sự phụ thuộc thử nghiệm đã tăng lên đáng kể. Hai đoạn văn mới đã được thêm vào thảo luận về hiệu ứng Faraday và sự phân chia các mức năng lượng và dải năng lượng trong quỹ đạo quay.

Tải xuống

Aut I., Gentsov D., German K. Hiện tượng quang điện. 1980 210 trang djvu. 3,0 MB.
Cuốn sách trình bày ngắn gọn nhưng đồng thời nêu rõ những cơ sở lý thuyết về hiện tượng quang điện trong chất bán dẫn. Các tính chất của vật liệu bán dẫn quan trọng nhất và các phần tử mạch bán dẫn quang điện cũng được mô tả.
Được thiết kế dành cho các nhà khoa học, kỹ sư và sinh viên quan tâm đến vật lý của chất bán dẫn và các vấn đề liên quan ứng dụng thực tế.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Tải xuống

Anselm. Giới thiệu lý thuyết về chất bán dẫn. 615 trang djvu. Kích thước 7,6 MB.
Cuốn sách tập trung chủ yếu vào các vấn đề dao động của mạng tinh thể, các định luật chuyển động của electron trong trường tuần hoàn lý tưởng và nhiễu loạn, phương trình động học và hiện tượng truyền (dòng điện đi qua). Để đọc cuốn sách này, cần phải làm quen với toán học, cơ học lượng tử và vật lý thống kê trong phạm vi chương trình của khoa vật lý của một trường đại học hoặc khoa vật lý và toán học của một viện bách khoa.
Không cần thiết phải có kiến thức chi tiết về các khóa học này nhưng giả định rằng người đọc có thể hiểu được các đoạn văn liên quan trong sách giáo dục nếu tham khảo chúng. Điểm đặc biệt của cuốn sách là, trên cơ sở những kiến thức đơn giản này, tất cả các công thức đều được rút ra và, như tôi hy vọng, đủ chi tiết để nhóm người trên có thể tiếp cận được.

Tải xuống

B.M. Askerov, Hiện tượng truyền điện tử trong chất bán dẫn. 1985 320 trang PDF. 6,1 MB.
Dành riêng cho việc trình bày có hệ thống và chi tiết lý thuyết tuyến tính hiện tượng vận chuyển điện tử cố định trong chất bán dẫn. Cả lý thuyết cổ điển và lượng tử về hiệu ứng điện và nhiệt từ đều được trình bày. Các mô hình dải thực khác nhau được xem xét: các dải không parabol đẳng hướng và dị hướng tùy ý, cũng như dải loại germanium lỗ trống. Tính đến sự lôi kéo các hạt mang dòng điện bởi các phonon trong một từ trường không lượng tử hóa tùy ý. Nơi tuyệt vời bị chiếm giữ bởi lý thuyết tán xạ sóng mang. Một chương riêng biệt dành cho hiệu ứng kích thước trong phim.
Dành cho các nhà khoa học, kỹ sư và sinh viên tốt nghiệp tham gia nghiên cứu chất bán dẫn cũng như sinh viên năm cuối về vật lý và vật lý kỹ thuật.