Кристаллофизика. Полупроводники

1.

Основы кристаллофизики

2.

Кристаллическая решетка

3.

Элементарные ячейки

4.

5.

Ионы и ионная связь в молекулах

6.

7.

Ионно-ковалентный тип связи в твердых телах

8.

9.

Дефекты кристаллической структуры

10.

11.

Электронные состояния в кристаллах. Электроны в периодическом потенциальном поле.

12.

13.

14.

Физика полупроводников.
Электропроводность полупроводников.
U
I
R
l
R
S

15.

V ДР см с см 2
E
В см
В с

16.

17.

Металл
Д
ПП
ом·см
10-6
108

18.

Собственный полупроводник

19.

∆εЗ= V – С

20.

21.

n Nc e
p Nv e
C F
KT
Nc e
C F
T
F V
KT
Nv e
n p Nc Nv e
З
T
З
2 T
ni pi np Nc Nv e
n p=ni2
F V
T

22.

Собственные концентрации определяются шириной запрещенной зоны.
Полупроводник
Параметр. Т=300К
Ge
Si
GaAs
∆ З, B
0,67
1,1
1,4
ni, см-3
2,5 1013
2 1010
1,5 106
Собственные концентрации сильно зависят от температуры:
1013
1010
106
ni, см-3
Ge
Si
GaAs
T,K
300

23.

n p q ni n q pi p
jдр= Е= jnдр+ jpдр
V C 2 V C V
З
C F F V , F
V
Е
2
2
2

24.

25.

Примесный полупроводник n – типа

26.

27.

n n Д ni N Д
n
ni pi p
C F F V
T
T
p e
2 E F
T
e
1
F E T ln n p
2
F= Е+ T ln(n/ni) Е + T ln(NД*/ni)
,

28.

Примесный полупроводник p – типа

29.

30.

p p A pi N A * n ni
F= Е+ T ln(ni/p)= Е T ln(p/ni)
Е T ln(NА*/ni)

31.

Температурный диапазон работы примесных полупроводников.

32.

Уравнение нейтральности полупроводников.
q p q n q N A q N Д q ( p n N Д N А ) 0

33.

Термогенерация. Рекомбинация. Закон действующих масс.
n
1
сек
r p
Rn=n/ n =r n p
p
1
r n
Rр=p/ p =r n p
R=Rn=Rp =r n p
Ri=r ni pi=r ni2
n p=ni2

34.

35.

36.

Токи в полупроводниках.
grad( )=d /dx=E
dn/dx
J = D n

37.

jnдиф= e Dn dn/dx= q Dn dn/dx,
jpдиф= q Dp dp/dx
Коэффициенты диффузии электронов Dn и дырок Dр в основных полупроводниках:

38.

j= jn др+ jp др+ jnдиф +jpдиф = q n n Е + q p p Е+q Dn dn/dx q Dp dp/dx.
Dn= n T, Dp= p T.
n - n0 1
dn
G
div ( jn )
dt
n
q
d2n n - n0
0
2
dx D n τ n

39.

Пусть на границе полупроводника р-типа с равновесными концентрациями p0 и
n0 p0 подерживается граничная концентрация n(0) n0 и избыточная граничная
концентрация n(0)= n(0) n0.

40.

41.

42.

x
x
q D n(0) x
dn
d
n
jnдиф x q Dn q Dn n(0) e Ln n0
e Ln jn (0) e Ln
dx
dn
Ln
q Dn n(0)
jn (0)
Ln

43.

Теория p-n перехода

44.

45.

dn dp
d
, Диффузия q N Д * q N А * E Дрейф I 0
dx dx
dx
j j p.диф jn.диф j p.др jn.др 0
Зонные диаграммы изолированных слоев

46.

47.

48.

pno p po e
0
Т
n po nno e
0
Т

49.

50.

51.

.
Прямое смещение p-n перехода.
0 U ПР

52.

53.

54.

Обратное смещение p-n перехода.

55.

56.

pn (0) p PO e
Т
n p (0) nno e
p PO e
Т
0 UОБР
Т
nno e
Pn0 e
U
0 ОБР
Т
Δpn (0) pn (0) Pn0 Pn0
n p (0) n p (0) nPO nPO
UОБР
Т
n PO e
U
ОБР
Т

57.

ВАХ идеализированного p-n перехода.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

67.

68.

69.

Температурная зависимость прямого напряжения

70.

Пробой p-n перехода. Механизмы пробоя. Температурная
зависимость напряжения пробоя

71.

. Полупроводниковые диоды.

72.

73.

74.

транзистор