Ìèíèñòåðñòâî îáðàçîâàíèÿ è íàóêè ÐÔ
Ôåäåðàëüíîå ãîñóäàðñòâåííîå áþäæåòíîå îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå âûñøåãî
ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ
«Äàãåñòàíñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò»
Ôèçè÷åñêèé ôàêóëüòåò
ê
âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ïî êóðñó
«Ìàòåðèàëû
ýëåêòðîííîé òåõíèêè»
Àâòîð:
äîöåíò
êàô.ÝÔ, ê.ô.-ì.í.
Îôèöåðîâà
Í.Â.
Ìàõà÷êàëà
2017
1.
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹1. Îïðåäåëåíèå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû
ïîëóïðîâîäíèêà.
2.
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹2.
Èññëåäîâàíèå ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ìåòàëëîâ.
3.
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹3. Îïðåäåëåíèå êîíöåíòðàöèè è õîëëîâñêîé ïîäâèæíîñòè îñíîâíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà.
5.
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹5. Èññëåäîâàíèå
ñåãíåòîýëåêòðèêîâ.
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹1
Îïðåäåëåíèå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû
ïîëóïðîâîäíèêà.
Öåëü
ðàáîòû: îïðåäåëåíèå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû
ãåðìàíèÿ, èñïîëüçóÿ òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ýëåêòðîïðîâîäíîñòè.
Óäåëüíàÿ
ýëåêòðîïðîâîäíîñòü òâåðäîãî òåëà çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà, èõ
ïîäâèæíîñòè è îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:
(1)
ãäå e – çàðÿä, n – êîíöåíòðàöèÿ ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà, m -
ïîäâèæíîñòü íîñèòåëåé çàðÿäà.
Ñîáñòâåííûé ïîëóïðîâîäíèê. Ñîáñòâåííàÿ ïðîâîäèìîñòü
Ðàññìîòðèì ìåõàíèçì ïðîâîäèìîñòè ñîáñòâåííîãî ïîëóïðîâîäíèêà
íà ïðèìåðå êëàññè÷åñêèõ ïîëóïðîâîäíèêîâ Ge, Si – 4 – îé
ãðóïïû òàáëèöû Ä.È. Ìåíäåëååâà, âàëåíòíîñòü – 4, êàæäûé àòîì Si è Ge
îáðàçóþò ïàðíîýëåêòðîííóþ ñâÿçü ñ 4 – ìÿ áëèæàéøèìè ñîñåäÿìè. Âèä ýòèõ ñâÿçåé â ïëîñêîñòè ïîêàçàí
íà ðèñ.1à. Â óçëå ðåøåòêè íàõîäèòñÿ àòîìíûé îñòàòîê ñ çàðÿäîì +4, çàðÿä
êîòîðîãî êîìïåíñèðóåòñÿ ÷åòûðüìÿ âàëåíòíûìè ýëåêòðîíàìè, ó÷àñòâóþùèìè â ñâÿçÿõ.
 ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå â òàêîì ïîëóïðîâîäíèêå òîê íå âîçíèêàåò,
òàê êàê íåò ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ. Åñëè ïîä äåéñòâèåì êàêèõ - ëèáî âíåøíèõ
ôàêòîðîâ ïðîèñõîäèò ðàçðûâ âàëåíòíîé ñâÿçè, ò.å. îòðûâ ýëåêòðîíà îò àòîìà, òî
âîçíèêàåò ñâîáîäíûé ýëåêòðîí, à â ìåñòå ðàçðûâà âàëåíòíîé ñâÿçè îáðàçóåòñÿ
ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä. Ýòîò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä èëè íåíàñûùåííàÿ âàëåíòíàÿ ñâÿçü
ïîëó÷èëà íàçâàíèå äûðêè. Òàêèì îáðàçîì, ïðè èîíèçàöèè
àòîìîâ ðåøåòêè îáðàçóþòñÿ ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû è ñâîáîäíûå äûðêè. Íà çîííîé
äèàãðàììå ýòî îçíà÷àåò ïåðåõîä ýëåêòðîíà èç âàëåíòíîé çîíû â çîíó ïðîâîäèìîñòè
(ðèñ.1á). Îòìåòèì, ÷òî ñâîáîäíû òîëüêî ýëåêòðîíû, ïåðåøåäøèå â çîíó
ïðîâîäèìîñòè è äûðêè â âàëåíòíîé çîíå.  òàêîì êðèñòàëëå ÷èñëî ñâîáîäíûõ
ýëåêòðîíîâ ðàâíî ÷èñëó ñâîáîäíûõ äûðîê.
Ïîëóïðîâîäíèê, â êîòîðîì ñâîáîäíûå íîñèòåëè çàðÿäà îáðàçóþòñÿ
çà ñ÷åò èîíèçàöèè àòîìîâ ðåøåòêè èëè ðàçðûâà âàëåíòíûõ ñâÿçåé íàçûâàåòñÿ ñîáñòâåííûì, à ýëåêòðîïðîâîäíîñòü,
îáóñëîâëåííàÿ èìè, íàçûâàåòñÿ ñîáñòâåííîé
ýëåêòðîïðîâîäíîñòüþ. Âî âíåøíåì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå áóäóò äâèãàòüñÿ
ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû è äûðêè. Ýëåêòðîíû áóäóò äâèãàòüñÿ ïðîòèâ ïîëÿ, à äûðêè ïî
íàïðàâëåíèþ ïîëÿ. Ýëåêòðîïðîâîäíîñòü, îáóñëîâëåííàÿ äâèæåíèåì äûðîê, íàçûâàåòñÿ
äûðî÷íîé ïðîâîäèìîñòüþ. Ñëåäîâàòåëüíî,
ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ñîáñòâåííîì ïîëóïðîâîäíèêå îïðåäåëÿåòñÿ äâóìÿ ñîñòàâëÿþùèìè
– ýëåêòðîííûì è äûðî÷íûì òîêàìè. Ñóììàðíàÿ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ðàâíà:
(2)
ãäå p è mp êîíöåíòðàöèÿ è ïîäâèæíîñòü äûðîê, ñîîòâåòñòâåííî.
Òàê êàê â ñîáñòâåííîì ïîëóïðîâîäíèêå
êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ è äûðîê ðàâíû, òî
(3)
ãäå i – èíäåêñ ñîáñòâåííîé ïðîâîäèìîñòè.
Ýíåðãèÿ èîíèçàöèè àòîìîâ ðåøåòêè ðàâíà øèðèíå
çàïðåùåííîé çîíû. Äëÿ Ge îíà ñîñòàâëÿåò 0,66 ýÂ, äëÿ Si– 1,12 ýÂ.
à)
á)
Ðèñ.1. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè (à) è çîííàÿ
ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà (á) ñîáñòâåííîãî ïîëóïðîâîäíèêà.