3. Elementy półprzewodnikowe i układy scalone

3.1. Materiały półprzewodnikowe Najważniejsze cechy półprzewodników: a) bardzo silna zależność konduktywności od koncentracji domieszek; b) występowanie dwóch rodzajów nośników prądu: elektronów i tzw. dziur.

3.1. Materiały półprzewodnikowe Przewodnictwo elektryczne Natężenie prądu i: Gęstość prądu: natężenie odniesione do jednostki powierzchni. q – ładunek, p – koncentracja, v – prędkość nośników ładunku.

3.1. Materiały półprzewodnikowe σ – konduktywność,  - rezystywność. Średnia prędkość nośników ładunku: μ – ruchliwość.

3.1. Materiały półprzewodnikowe Różnice w konduktywności materiałów wynikają głównie z różnic w koncentracji nośników. Metale σ = 103 – 105 (Ωcm)–1; Izolatory σ = 10–15 – 10–2 (Ωcm)–1; Czyste półprzewodniki – jak izolatory.

3.1. Materiały półprzewodnikowe Nośniki ładunku w półprzewodniku Krzem (Si), Arsenek galu (GaAs), German (Ge), węglik krzemu (SiC) – mono-krystaliczne. Sieć krystaliczna. Wiązania krystaliczne – walencyjne (4 elektrony walencyjne). Elektron związany; Elektron swobodny Dziura (wiązanie niezapełnione). Koncentracje: n (elektronów), p (dziur).

3.1. Materiały półprzewodnikowe Półprzewodnik samoistny (bez domieszek). Generacja pary elektron – dziura, energia WG ; w 300K: 0,78 eV (Ge); 1,12 eV (Si); 1,42 eV (GaAs); ok. 3 eV (SiC). Półprzewodnik samoistny: n = p = ni

3.1. Materiały półprzewodnikowe ni(300K)[cm-3]: 106(GaAs); 1010(Si); 1013(Ge). Generacja, Rekombinacja, Równowaga.

3.1. Materiały półprzewodnikowe Półprzewodnik domieszkowany W krzemie: domieszka pięciowartościowa – donor. Trójwartościowa – akceptor. Koncentracje: 1014 < ND , NA < 1019 cm-3. Donory: Fosfor, Arsen; Akceptory: Bor, Gal, Glin. Energia jonizacji atomu domieszki << WG.

3.1. Materiały półprzewodnikowe Domieszka donorowa => liczne swobodne elektrony. Domieszka akceptorowa => liczne dziury. Równowaga: Typ: n, p. Nośniki większościowe, mniejszościowe. Dane: NA, ND, ni, temperatura pokojowa.

3.1. Materiały półprzewodnikowe Jeśli: to: Jeśli

3.1. Materiały półprzewodnikowe T niskie: T wysokie: ni porównywalne z NA, ND.

3.1. Materiały półprzewodnikowe Mechanizmy przepływu prądu w pół-przewodniku Unoszenie, dyfuzja (gradient potencjału, gradient koncentracji nośników). Unoszenie

3.1. Materiały półprzewodnikowe 300K, małe E, N: Si: 1350; 480; GaAs: 8600; 250

3.1. Materiały półprzewodnikowe Si, 300K: σi = 4.4·10-6 (Ωcm)-1

3.1. Materiały półprzewodnikowe Dyfuzja: VT – potencjał termiczny; 300 K: VT = 25.8 mV