Site Loader
Posted on 04.04.2023

20. Собственные и примесные полупроводники

Собственная электропроводимость полупроводников: К полупроводникам относят элементы IV, У и УI групп периодической системы Менделеева (Si, Ge, As, Te, Se и др.), с полностью заполненной валентной зоной и шириной запрещенной зоны порядка 1 эВ (Рис. 29).

Рис. 29 Распределение электронов по уровням валентной зоны и зоны проводимости в собственном полупроводнике

Собственная проводимость полупроводников (без примесей) возникает при переходе электронов с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости при поглощении кванта или при тепловом движении. В зоне проводимости появляется некоторое число носителей тока — электронов, а в валентной зоне такое же число дырок (свободных мест на верхних уровнях). Возможен и обратный процесс — соединение электрона с дыркой, который называется рекомбинацией. Вероятность перехода электронов в зону проводимости и образование дырок растет с увеличением температуры, а процесс рекомбинации определяется числом электронов и дырок.

Для каждой температуры между этими процессами устанавливается равновесие.

Распределение электронов по уровням валентной зоны и зоны проводимости описывается функцией Ферми — Дирака (Рис.29). Соответствующий расчет показывает, что уровень Ферми лежит посредине запрещенной зоны ΔW. Вероятность перехода электрона в зону проводимости и образование дырок в валентной зоне определяется функцией распределения, имеющей вид (при ):

,

где , поскольку переход электрона в зону проводимости сопровождается появлением дырки в валентной зоне. Возникающие электронная и дырочная проводимости σ пропорциональны числу электронов, перешедших в зону проводимости, и такому же числу возникших дырок, т.е.

f(E), и задаваться формулой

Зависимость собственной проводимости полупроводников от температуры приведена на Рис.30, где по осям отложены lnσ и обратная температура.

Рис.30 Зависимость собственной проводимости полупроводников от температуры

Если в полупроводнике содержится примесь с валентностью на единицу большей, чем валентность основного элемента, то в запрещенной зоне возникают дополнительные донорные уровни. Если они находятся вблизи дна зоны проводимости, то электроны с этих уровней могут переходить в зону проводимости, создавая электронную проводимость, а полупроводник в этом случае будет назваться полупроводником n-типа (Рис.31а).

Рис.31. Схема энергетических уровней полупроводника n-типа (а) и полупроводника p-типа (б)

Если в полупроводнике содержится примесь с валентностью на единицу меньшей, чем валентность основного элемента, то в запрещенной зоне возникают дополнительные акцепторные уровни. Если они находятся вблизи потолка валентной зоны, то на эти уровни электронам этой зоны перейти ближе, чем в зону проводимости и возникает дырочная проводимость, поэтому полупроводник в этом случае будет полупроводником p-типа (Рис.

31б). В обоих случаях проводимость будет определяться следующей формулой

,

где — разность энергий между дном зоны проводимости и донорным уровнем или разность энергий между акцепторным уровнем и потолком валентной зоны. График температурной зависимости проводимости примесных полупроводников приведен на Рис. 32., где выделены зона примесной проводимости, зона, определяемая истощением примеси и область собственной проводимости. Число атомов примеси в полупроводнике мало, поэтому с ростом температуры постепенно все электроны с донорных уровней перейдут в зону проводимости, а электроны валентной зоны заполнят акцепторные уровни, и примесная проводимость прекратится. Дальнейшее повышение температуры приведет к переходу электронов из валентной зоны в зону проводимости, т.е. к собственной проводимости полупроводника.

Рис.32 График зависимости от температуры проводимости примесных полупроводников.

21. p—n переход в полупроводниках.

p n

переход – тонкий слой, образующийся в месте контакта примесных полу-

проводников p— и n-типа. Если в монокристалл n-полупроводника Ge вплавить кусочек индия, то атомы индия диффундируют на некоторую глубину в германий, где возникает дырочная проводимость и образуется p—n переход.

В p-области основные носители – дырки, образующиеся при захвате электронов свободной связью Ge вблизи атома примеси. Кроме того в этой области имеется некоторое количество неосновных носителей – электронов собственной проводимости. В n-области основные носители тока — электроны, переходящие с донорных уровне примеси в зону проводимости германия и небольшое число неосновных носителей – дырок собственной проводимости. Диффундируя во встречных направлениях, дырки и электроны рекомбинируют, поэтому зона

p—n перехода сильно обеднена носителями тока и приобретает большое сопротивление. На границе p—n области возникает двойной электрический слой: отрицательный заряд ионов акцептора, не компенсированный дырками и положительный заряд ионов донора, не компенсированный электронами. Образующееся при этом электрическое поле препятствует дальнейшему движению через слой дырок и электронов. Равновесное состояние системы достигается при выравнивании уровней Ферми, приводящему к изгибу энергетических зон p и n-областей и возникновению потенциального барьера (Рис.33). Нижняя граница валентной зоны дает ход кривой потенциальной энергии электрона. Для дырок эта кривая имеет симметричный вид (Рис.34)

Рис.33 Изгибание валентной зоны и зоны проводимости и образование потенциального барьера в области p—n перехода.

В равновесном состоянии небольшое количество основных носителей преодолевает потенциальный барьер, образуя ток основных носителей iосн. Небольшое числа неосновных носителей легко «скатываются» с барьера. Ток неосновных носителей iнеосн

определяется температурой и не зависит от высоты барьера, в то время как iосн зависит от высоты барьера (Рис. 34а). Равновесие устанавливается при такой высоте барьера, при которой оба тока компенсируют друг друга (Рис. 34а).

Рис.34 Потенциальный барьер в области p—n перехода (сплошная кривая для электронов, пунктирная – для дырок) и его изменение при подаче прямого напряжения (б) и обратного напряжения (в)

При подаче прямого напряжения к p—n переходу (+ к p-области) высота барьера уменьшается, ток основных носителей

iосн растет, а iнеосн остается прежним и уже не компенсирует iосн. Через p—n переход пойдет ток, а электрическое поле будет прижимать основные носители к зоне перехода, уменьшая его толщину и сопротивление (Рис.34б).

При подаче обратного напряжения высота барьера увеличивается и iосн уме-ньшается, не компенсируя оставшийся неизменным ток неосновных носителей iнеосн. Электрическое поле «оттягивает» основные носители от области перехода, увеличивая его толщину и сопротивление (Рис.34в). Возникающий обратный ток достигает насыщения и имеет небольшую величину, которая резко возрастает при определенном большом значении обратного напряжения, что соответствует пробою перехода.

Вольтамперная характеристика p-n перехода представлена на Рис.35.

Рис.35 Вольтамперная характеристика p—n перехода

p—n переход используется для выпрямления переменного тока. Германиевые выпрямители способны выдерживать обратное напряжение до 1000 В. При U=1В плотность тока в прямом направлении достигает 100 А/см2.

Примеры решения задач

Задача 1. Вычислите давление электронного газа на стенки металла при Т = 0 К, считая, что концентрация свободных электронов

n = 2,51028 м-3.

Решение. В соответствии с основным уравнением молекулярно-кинетической теории

,

где — средняя энергия электронов в металле. Подставляя в выражение для давления, получим

.

Энергия Ферми связана с концентрацией электронов соотношением Тогда окончательно получим:

Па 5104 атм.

Задача 2. Сколько свободных электронов приходится на один атом калия, если энергия Ферми калия равна 2,14 эВ? Плотность калия 862 кг/м3.

Решение. Энергия Ферми при не очень высоких температурах зависит от температуры слабо.

Т.к. вплоть до температуры плавления калия выполняется условие , то можно считать, что

.

Пусть на один атом калия приходится  свободных электронов, тогда концентрация свободных электронов и концентрация атомов калия связаны соотношением . Концентрация атомов калия , а концентрация свободных электронов . Подставляя в выражение для энергии Ферми, получаем

. Отсюда =1,07.

С учетом численных значений входящих в это выражение величин находим, что на один атома калия приходится  = 1,07 свободных электронов.

Задача 3. Удельная проводимость кремния имеет значение = 19 Ом/м при температуре = 600 К и = 4095 См/м при = 1200 К. Определите ширину запрещенной зоны для кремния.

Решение. Зависимость электропроводности собственных полупроводников от температуры определяется формулой

,

где — ширина запрещенной зоны, — постоянная Больцмана, — величина, слабо зависящая от температуры. Отношение проводимостей при Т1 и Т2

Логарифмируя, для получим:

= 1,7810-19 Дж  1,11 эВ.

Задача 4. Во сколько раз изменится при повышении температуры от 300 К до 310 К удельная электропроводность собственного полупроводника, ширина запрещенной зоны которого = 0,3 эВ.

Решение. Зависимость электропроводности собственных полупроводников от температуры определяется формулой

,

где — ширина запрещенной зоны, — постоянная Больцмана, — удельная электропроводность при 0ºС. Отношение электропроводностей при Т1 и Т2

= 1,21.

У. ЭЛЕМЕНТЫ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ.

Оптические системы связи

Оптические системы связи
  

Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ.— М.: Радио и связь, 1989. — 504 с.

В книге английского специалиста достаточно полно изложены все вопросы, относящиеся к оптическим системам передачи информации. Приведена обобщенная схема оптического канала, даны основные характеристики существующих излучателей и фотоприемников, а также классификация цифровых оптических систем связи в зависимости от их пропускной способности. Рассмотрены особенности распространения света и механизмы потерь в оптических волокнах. Описаны методы изготовления оптических волокон. Рассмотрены принцип действия и основные характеристики полупроводниковых лазеров и фотоприемников различных типов.

Для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами оптической связи, будет полезна студентам вузов.



Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ
1.2. ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННАЯ ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ КАНАЛА СВЯЗИ
1. 3. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМ СВЯЗИ
1.4. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ
2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ
2.1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ НА ОСНОВЕ ЛУЧЕВОЙ МОДЕЛИ
2.1.2. Ступенчатое волокно: числовая апертура и межмодовая дисперсия
2.1.3. Распространение света и межмодовая дисперсия в градиентных волокнах
2.2. МАТЕРИАЛЬНАЯ ДИСПЕРСИЯ
2.2.1. Показатель преломления объемной среды: теория
2.2.2. Показатель преломления материала: экспериментальные значения
2.2.3. Временная дисперсия в объемной среде
2.3. СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСИИ МАТЕРИАЛА И МЕЖМОДОВОЙ ДИСПЕРСИИ
2.4. СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКАЯ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ И ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЛОКНА
2.4.2. Передаточная характеристика волокна
2.4.3. Общая среднеквадратическая длительность импульсов
3. ПОТЕРИ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ
3.1.2. Поглощение
3.1.3. Рассеяние
3.2. ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3.3. ОПТИМАЛЬНАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ ДЛЯ КВАРЦЕВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
3. 4. ПЛАСТМАССОВЫЕ ВОЛОКНА И КВАРЦЕВЫЕ ВОЛОКНА С ПОЛИМЕРНОЙ ОБОЛОЧКОЙ
4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ КВАРЦЕВЫХ ВОЛОКОН И КАБЕЛЕЙ И ИЗМЕРЕНИЕ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК
4.2. ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ
4.3. СОЕДИНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
4.4. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
4.5. СРАВНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОННЫХ ЛИНИЙ С ОБЫЧНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
5. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В СТУПЕНЧАТЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ
5.2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ МОД В ИДЕАЛЬНОМ СТУПЕНЧАТОМ ВОЛОКНЕ
5.3. СЛАБО НАПРАВЛЯЮЩИЕ ВОЛОКНА
5.4. ВРЕМЕННАЯ ДИСПЕРСИЯ В СТУПЕНЧАТЫХ ВОЛОКНАХ
5.5. ОДНОМОДОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
6. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ГРАДИЕНТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ
6.1.2. Приближенное решение
6.1.3. Число мод распространения
6.1.4. Изменение постоянной распространения
6.2. ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ ПРИБЛИЖЕНИЯ ВЕНЦЕЛЯ — КРАМЕРСА — БРИЛЛЮЭНА И ЛУЧЕВОЙ МОДЕЛИ
6.3. МЕЖМОДОВАЯ ДИСПЕРСИЯ В ГРАДИЕНТНЫХ ВОЛОКНАХ
6. 3.2. Межмодовая дисперсия с учетом материальной дисперсии
6.4. ВНУТРИАЮДОВАЯ ДИСПЕРСИЯ В ГРАДИЕНТНЫХ ВОЛОКНАХ
6.5. ОБЩАЯ ДИСПЕРСИЯ В ГРАДИЕНТНЫХ ВОЛОКНАХ
6.6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОД
7. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ
7.2. СОБСТВЕННЫЕ И ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
7.2.2. Примесные полупроводники
7.3. p-n-ПЕРЕХОД
7.3.1. p-n-переход в равновесии
7.3.2. Смещенный p-n-переход
7.4. РЕКОМБИНАЦИЯ И ДИФФУЗИЯ НОСИТЕЛЕЙ
7.5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНЖЕКЦИИ
7.6. ОБЕДНЕННЫЙ СЛОЙ
7.7. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА p-n-ПЕРЕХОДА
8. ИНЖЕКЦИОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
8.2. СПЕКТРЫ РЕКОМБИНАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
8.3. ПРЯМОЗОННЫЕ И НЕПРЯМОЗОННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
8.4. ВНУТРЕННЯЯ КВАНТОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
8.5. ВНЕШНЯЯ КВАНТОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
8.6. КОНСТРУКЦИИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
8.7. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР
9.1.2. Полезные свойства гетеропереходов
9.1.3. Эффективность инжекции
9.1.4. Характеристики гетеропереходов
9. 2. ДВОЙНАЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРА
9.2.2. Ширина полосы модуляции
9.3. СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ НА ОСНОВЕ ДВОЙНОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ
9.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР
10. РАБОТА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА
10.1.2. Условия работы лазера
10.2. ОПТИЧЕСКОЕ УСИЛЕНИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКЕ
10.2.2. Скорости спонтанного и индуцированного излучения
10.2.3. Влияние показателя преломления
10.2.4. Расчет коэффициента усиления
10.2.5. Отношение коэффициента усиления к плотности тока
10.2.6. Конкретизация. Упрощения. Рабочие примеры
10.2.7. Полуэмпирический анализ
10.3. ЛАЗЕРНЫЙ ПОРОГ
10.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ
11. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
11.1. ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛОСКОВЫХ И ЗАРОЩЕННЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫХ ЛАЗЕРОВ
11.2.2. Спектральные характеристики
11.2.3. Ватт-амперные и вольт-амперные характеристики
11.2.4. Частотные характеристики
11.3. ИСТОЧНИКИ ДЛИННОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
11.4. НАДЕЖНОСТЬ СВЕТОДИОДОВ И ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ ДВОЙНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР
12. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ р-i-n-ФОТОДИОДНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
12.2. СОБСТВЕННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ
12.3. КВАНТОВЫЙ ВЫХОД
12.4. МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ р-i-n-ФОТОДИОДОВ
12.4.3. Гетеростру ктурные диоды и диоды с барьером Шотки
12.4.4. Фотодиоды для длинноволнового диапазона
12.5. ИМПУЛЬСНЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ p-i-n-ФОТОДИОДОВ
12.6. ШУМ p-i-n-ФОТОДИОДОВ
13. ЛАВИННЫЕ ФОТОДИОДНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
13.2. УСТРОЙСТВО ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ
13.3. ШИРИНА ПРОПУСКАНИЯ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ
13.4. ШУМ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ
14. УСИЛИТЕЛЬ ПРИЕМНИКА ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
14.2. ИСТОЧНИКИ ШУМА В ОПТИЧЕСКОМ ПРИЕМНИКЕ
14.3. СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ И ИХ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
14.4. СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
14.4.3. Усилитель с высоким входным сопротивлением, или интегрирующий усилитель
14.4.4. Усилитель с низким входным сопротивлением
14.4.5. Точное решение для тока фотодиода
14.5. УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, ИЛИ ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
14.6. ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРИМЕР
15. РЕГЕНЕРАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
15.1. ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ОШИБОК ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
15.1.3. Характеристики фильтра, минимизирующего межсимвольные помехи
15.1.4. Глаз-диаграмма
15.2. КВАНТОВЫЙ ПРЕДЕЛ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ
15.3. ВЛИЯНИЕ ШУМОВ УСИЛИТЕЛЯ И ТЕПЛОВЫХ ШУМОВ НА ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБОК
15.3.2. Вероятность ошибок для случая, когда усиленный дробовой шум соизмерим с шумом от других источников
15.3.3. Оптимизация оптической системы связи
15.4. ШТРАФ ЗА ШУМ В ПРАКТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ
16. ОТКРЫТЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
16.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕДАЧИ
16.2.2. Затухание оптического излучения в атмосфере
16.3. ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
16.3.3. Лазерные источники излучения на углекислом газе
16.4. ФОТОДЕТЕКТОРЫ
16.4.3. Фотодетекторы для более длинных волн
16.4.4. Использование гетеродинного детектирования
16.5. ПРИМЕРЫ ОТКРЫТЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ
16.5.2. Перспективная оптическая система для связи в ближнем космосе
17. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
17.2. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ
17.2.2. Связь на большие расстояния
17.2.3. Услуги местного распределения
17.2.4. Телеметрия и локальная передача данных
17.3. ЦИФРОВЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
17.4. АНАЛОГОВЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
17.4.2. Прямая модуляция по интенсивности в полосе спектра модулирующего сигнала
17.4.3. Использование частотно-модулированной поднесущей
17.5. ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛС В ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ
17.6. ГОРОДСКИЕ СЕТИ СВЯЗИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА ДЛЯ ИЗОТРОПНОЙ СРЕДЫ В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КООРДИНАТАХ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В ГРАДИЕНТНОМ ВОЛОКНЕ: ПРИБЛИЖЕНИЕ ВКБ (ВЕНЦЕЛЯ КРАМЕРСА, БРИЛЛЮЭНА)
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ТРАЕКТОРИИ ЛУЧЕЙ В ГРАДИЕНТНОМ ВОЛОКНЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. РАДИОМЕТРИЯ И ФОТОМЕТРИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СВЯЗИ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ С ВОЛОКНОМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ВЫВОД ФОРМУЛЫ ДЛЯ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОГО ДИОДА [ВЫРАЖЕНИЕ (11. 2.5)]
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. ИМПУЛЬСНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЛЬТРА С АНТИСИММЕТРИЧНОЙ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Что такое собственный полупроводник и внешний полупроводник — энергетический диапазон и легирование

Полупроводник делится на два типа. Один из них — внутренний полупроводник , а другой — внешний полупроводник . Чистая форма полупроводника известна как собственный полупроводник, а полупроводник, в который преднамеренно добавлены примеси для придания ему проводимости, известен как внешний полупроводник.

Проводимость собственного полупроводника становится равной нулю при комнатной температуре, в то время как внешний полупроводник имеет очень меньшую проводимость при комнатной температуре. Подробное объяснение двух типов полупроводников дано ниже.

Содержимое:

  • Внутренний полупроводник
  • Внешний полупроводник
  • Допинг

Внутренний полупроводник

Чрезвычайно чистый полупроводник называется собственным полупроводником. На основе явления энергетической зоны собственный полупроводник при температуре абсолютного нуля показан ниже:

Его валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости полностью пуста. Когда температура повышается и к ней подводится некоторое количество тепловой энергии, часть валентных электронов поднимается в зону проводимости, оставляя после себя дырки в валентной зоне, как показано ниже:

Электроны, достигающие зоны проводимости, движутся беспорядочно. Отверстия, созданные в кристалле, также свободно перемещаются в любом месте. Такое поведение полупроводников показывает, что они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Это означает, что с повышением температуры удельное сопротивление материала уменьшается, а проводимость увеличивается.

Внешний полупроводник

Полупроводник, в который добавляют примеси с контролируемой скоростью, чтобы сделать его проводящим, известен как внешний полупроводник.

Собственный полупроводник способен проводить небольшой ток даже при комнатной температуре, но для изготовления различных электронных устройств он непригоден. Таким образом, чтобы сделать его подходящим, к материалу добавляют небольшое количество подходящей примеси.

Легирование

Процесс добавления примеси в полупроводник известен как Легирование . Количество и тип примесей, которые должны быть добавлены к материалу, должны тщательно контролироваться во время приготовления внешнего полупроводника.

Обычно один примесный атом добавляется к 10 8 атомам полупроводника.

Целью добавления примеси в полупроводниковый кристалл является увеличение количества свободных электронов или дырок, чтобы сделать его проводящим. Если к чистому полупроводнику добавить пятивалентную примесь, имеющую пять валентных электронов, будет существовать большое количество свободных электронов.

Если добавить трехвалентную примесь, имеющую три валентных электрона, в полупроводнике будет существовать большое количество дырок.

В зависимости от типа добавленной примеси внешний полупроводник может быть классифицирован как полупроводник n-типа и полупроводник p-типа .

См. также: n Type Semiconductor

См. также: p Type Semiconductor

В чем разница между внутренним и внешним полупроводником

Быстрый поиск работы

Свяжитесь с нами

Независимо от того, хотите ли вы сотрудничать с нами в вашей последней кампании по набору персонала, находитесь ли вы на рынке для новой должности или хотите присоединиться к нашей команде , свяжитесь с нами, и один из наших сотрудников свяжется с вами.

PHONE: +44 1273 320 860

EMAIL: [email protected]

  • Meet the team
  • Upload CV

Contact Us