2 лаба мэт (2). Исследование электрических свойств полупроводниковых материалов

• Название: Исследование электрических свойств полупроводниковых материалов
• Дата: 20.09.2022
• Размер: 28.33 Kb.
• Имя файла: 2 лаба мэт (2).docx
• Тип: Исследование; #687520

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра микро- и наноэлектроники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Материалы электронной техники»

Тема: Исследование электрических свойств полупроводниковых материалов

Студент гр. 1208 Преподаватель


Мельников Н.А.


Бройко А. П.

Санкт-Петербург 2022

Цель работы

Сравнить температурные зависимости сопротивления полупроводников с различной шириной запрещенной зоны; определить ширину запрещенной зоны и энергию ионизации легирующих примесей в материалах.

Основные понятия и определения

Полупроводники – материалы с электронной электропроводностью, которые по своему удельному сопротивлению занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Условный диапазон удельных сопротивлений полупроводников ограничивают значениями 10^-5-10⁸ Ом∙м.

Характерной особенностью полупроводниковых материалов является сильно выраженная зависимость удельной проводимости от внешних энергетических воздействий, а также от концентрации и типа примесей.

В зависимости от степени чистоты полупроводники подразделяются на собственные и примесные.

Собственный – это такой полупроводник, в котором можно пренебречь влиянием примесей при данной температуре. Содержание примесей в них не превышает 10^-9…10^-8 %, и существенного влияния на удельную проводимость полупроводника они не оказывают.

Примесный – это такой полупроводник, электрофизические свойства которого в основном определяются примесями.

При T = 0 К в полупроводниковых кристаллах нет ни одного квазисвободного носителя заряда, способного принять участие в направленном движении при воздействии внешнего фактора, т. е. при температуре абсолютного нуля полупроводник не обладает электропроводностью. Прочность ковалентной

(ионно-ковалентной) связи (энергия связи) соответствует ширине запрещенной зоны полупроводника ΔЭ.

При температурах, отличных от 0 K, часть носителей заряда, обладая средней тепловой энергией E_ср kT, способна разорвать химическую связь, что приводит к образованию равного количества электронов в зоне проводимости n_i и дырок в валентной зоне p_i. Процесс термогенерации носителей заряда носит вероятностный характер, и в случае генерации собственных носителей заряда их концентрации определяются соотношением:
n_i=p_i exp()
Чтобы управлять значением проводимости и типом электропроводности полупроводника, в узлы решетки вводят легирующие примеси, валентность которых отличается на ±1 от валентности собственных атомов (водородоподобные доноры или акцепторы). Такие примеси создают в запрещенной зоне полупроводника дополнительные уровни вблизи краев соответствующих зон: доноры – вблизи дна зоны проводимости, акцепторные – вблизи потолка валентной зоны. Энергия термогенерации носителей заряда, обусловленных введением примесей ∆Эпр, в 50…100 раз меньше ширины запрещенной зоны ∆Э, так что при температурах работы полупроводниковых приборов ( 300 K) именно примеси определяют суммарную концентрацию носителей заряда в полупроводнике. Очевидно, что концентрация носителей заряда при введении в полупроводник примесей n_пр определяется процессом термогенерации носителей заряда:
n_пр exp(-∆Э_пр/(2kT))
Чтобы не нарушить совершенства кристаллической структуры полупроводника, легирующие примеси вводят в концентрациях, много меньших (на несколько порядков), чем концентрация собственных атомов N_пр << N_соб, но и

такого количества примесей достаточно, чтобы управлять и типом, и значением проводимости полупроводника.
Суммарная концентрация носителей заряда в полупроводнике определяется как собственными носителями заряда n_i, так и концентрацией ионизированных примесей n_пр:
n ≈ n_i + n_пр




Рис. 1 - температурные зависимости проводимости в полупроводниках, содержащих различные концентрации примесей: 1 – N_пр1; 2 – N_пр2; N_пр2 > N_пр1