Wykład V Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

półprzewodniki samoistne ln(s) 1/T

półprzewodnik typu n ln(s) 1/T

N-typu -donory

półprzewodnik typu p ln(s) 1/T

P-typu akceptory

Energia płytkich poziomów wg modelu Bohra

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca Elektrony są fermionami. Prawdopodobieństwo obsadzenia stanu fermionem: Dla T = 0 K, f(E) = 1 E < EF 0 E > EF W T=0 zapełnione są wszystkie stany o energiach poniżej EF Dla dowolnej temperatury prawdopodobieństwo zapełnienia stanu o energii EF wynosi 0.5 f(E) = 0.5 dla E = EF

Koncentracja elektronów i dziur w stanie równowagi termodynamicznej Niech gęstość stanów = N(E) zaś prawdopodobieństwo, że zostaną zajęte elektronami = f(E), wówczas koncentracja elektronów: Wiemy, że: E N(E)dE

Koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa f(E)N(E) maleje istotnie dla E> EC , więc mało elektronów zajmuje stany powyżej dna pasma przewodnictwa wprowadza się efektywną gęstość stanów (NC): wszystkie stany są zastąpione stanami na dnie pasma przewodnictwa koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa = (efektywna gęstość stanów NC) x (funkcja Fermiego) :

Koncentracja dziur w paśmie walencyjnym

Poziom Fermiego w półprzewodniku samoistnym

Półprzewodnik samoistny

F nazywa się potencjałem Fermiego F: V q F: eV Diagram energetyczny Wpływ domieszkowania na poziom Fermiego EF N-Typu: poziom Fermiego przesuwa się do góry P-Typu: poziom Fermiego przesuwa się w dół EC EF=Ei EV Ei samoistny EF P-typu qFn qFp N-typu F nazywa się potencjałem Fermiego F: V q F: eV

Koncentracja samoistna • półprzewodnik samoistny EF = Ei : •

Koncentracja równowagowa nośników w półprzewodniku domieszkowym EC EF=Ei EV Ei samoistny EF N-typu P-typu qFn qFp

Ruchliwość Elektrony w sieci ulegają rozproszeniu na skutek: drgań sieci (fonony) defekty inne elektrony

Ruchliwość Rozpraszanie na fononach Rozpraszanie na domieszkach

Ruchliwość

. Ruchliwość Ruch termiczny elektronów a) bez i b) po przyłożeniu pola elektrycznego o natężeniu 

Półprzewodnik samoistny Można pokazać, że przewodność: Jeśli ruchliwość nie zmienia się istotnie wraz ze zmianą temperatury to ln(s) 1/T

Zależność przewodnictwa od temperatury- półprzewodnik domieszkowy

Gęstość prądu unoszenia Prąd całkowity: elektronowy i dziurowy:

Gęstość prądu Prąd dyfuzyjny Całkowity prąd jest sumą prądu dyfuzyjnego (elektronowego i dziurowego) i prądu unoszenia (elektronowego i dziurowego) : J(x) = Jn(x) + Jp(x)