Основные характеристики и свойства полупроводниковых материалов.

1. Ширина запрещенной зоны ΔЭ (0÷3,5...4) эВ

Не является постоянной зависит от t°

Причина в том, что:

1) С ростом t° изменяется амплитуда колебаний атомов решетки полупроводника.

2) Увеличивается расстояние между атомами решетки.

В результате 1) ΔЭ уменьшается

2) ΔЭ растет

Ge: 0,7 эВ; Si: 1, 12 эВ

2. Электрическая проводимость

Именно её изменчивость определяет широкие возможности применения полупроводников.

Однозначно связанно с шириной запрещенной зоны

Электрическая проводимость определяется двумя факторами: концентрация носителей (как в металлах) и подвижностью носителей (2.2),(2.3).

Это уравнение может быть использовано для определения ΔЭ

Аналогично можно найти энергию активации (ионизации) примеси (ширину между энергетическими уровнями примеси и свободной (валентной) зоной полупроводника).

Рис.9.

В этом случае T₁ и Т₂ выбирают в низкотемпературном диапазоне.

Удельная проводимость зависит:

1. От концентрации примесей

Рис.10.

В Ge с собственной проводимостью на 10⁹÷10¹¹ атомов Ge приходится 1 атом примеси.

2. От температуры

и проводников

Для собственных полупроводников при 0°К свободных носителей нет и .

Для полупроводников n-типа (с донорной примесью):

Свойство 2 используется в термогенераторах.

3. - варисторы

4. – фотоэлементы

5. – магниторезисторы, магнитодиоды, магнитотранзисторы

6. – механические воздействия –тензоэлементы.

Подробнее рассмотрим позже.

Возвращаемся к основным характеристикам и свойствам

3. Подвижность носителей: или

средняя скорость движения заряда

Подвижность носителей определяет быстродействие или граничную частоту материала для наиболее широко применяемых полупроводников:

Тип
Si	0.14	0.05
Ge	0.38	0.08
GaAs	0.82	0.04
InAs	̴3.3	0.045
InSb	̴7.8	0.4

Наиболее быстродействующие полупроводниковые приборы из InSb (антимонид индия)

Рис.11

4. Работа выхода А_вых (W_вых)

Электрон, находящийся в полупроводнике взаимодействует со всеми остальными электронами и ионами решетки. Результирующая всех сил практически равна нулю.

Но как только электрон попадает на поверхность полупроводника, соотношение сил изменяется, и в случае выхода электрона за его приделы, в месте выхода создается избыток положительного заряда, который притягивает электрон обратно. Для преодоления этой силы необходимо совершить работу, которая называется работой выхода электрона (энергией выхода)

А_вых зависит от вида и количества примесей – для примесных полупроводников.

Источниками W_вых могут быть: высокая t°, излучение, сильное электрическое поле и т.д. При этом электрон может освобождаться как из зоны проводимости, так и из валентной зоны или с примесных энергетических уровней.

А_вых у полупроводников р-типа обычно выше чем у n-типа.

5. Коэффициент диффузии электронов и дырок.

Направленное движение носителей без внешнего поля – диффузионный ток. Возникает, если существует неравномерное распределение носителей, – диффузионное поле, диффузионная напряженность. Как результат – встречный ток до уравновешивания диффузионного поля. Причина диффузии тепловое движение частиц. Коэффициент диффузии

плотность тока диффузии

6. Диффузионная длина L

Это длина, на которой избыток концентрации носителей заряда в однородном полупроводнике снижаются вследствие рекомбинации в e раз (среднее расстояние на которые диффундирует носитель заряда за среднее время его жизни) , где τ-среднее время жизни. Генерация носителей, создающая их избыточную концентрацию, может быть вызвана светом теплом и другими воздействиями.