Презентация «Физические основы работы полупроводниковых приборов. Энергетические уровни и зоны»

Смотреть слайды в полном размере
Презентация «Физические основы работы полупроводниковых приборов. Энергетические уровни и зоны»

Вы можете ознакомиться с презентацией онлайн, просмотреть текст и слайды к ней, а также, в случае, если она вам подходит - скачать файл для редактирования или печати. Документ содержит 49 слайдов и доступен в формате ppt. Размер файла: 998.00 KB

Просмотреть и скачать

Pic.1
Физическая электроника
Физическая электроника
Pic.2
Введение Электроникой называют раздел науки и техники, занимающийся исследованием взаимодействия эле
Введение Электроникой называют раздел науки и техники, занимающийся исследованием взаимодействия электронов с электромагнитными полями и методов создания электронных приборов и устройств …
Pic.3
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Pic.4
Энергетические уровни и зоны В соответствии с квантовой теорией энергия электрона, вращающегося по с
Энергетические уровни и зоны В соответствии с квантовой теорией энергия электрона, вращающегося по своей орбите вокруг ядра, может иметь только определенные дискретные или квантованные значения …
Pic.5
Каждой орбите соответствует строго определенная энергия электрона, или энергетический уровень. Каждо
Каждой орбите соответствует строго определенная энергия электрона, или энергетический уровень. Каждой орбите соответствует строго определенная энергия электрона, или энергетический уровень. …
Pic.6
Согласно принципу Паули Согласно принципу Паули на одном энергетическом уровне не может находиться б
Согласно принципу Паули Согласно принципу Паули на одном энергетическом уровне не может находиться более двух электронов. В невозбужденном состоянии электроны в атоме находятся на ближайших к ядру …
Pic.7
Проводники, полупроводники и диэлектрики В твердых телах атомы вещества могут образовывать правильну
Проводники, полупроводники и диэлектрики В твердых телах атомы вещества могут образовывать правильную кристаллическую решетку. Соседние атомы удерживаются межатомными силами на определенном …
Pic.8
Соседние атомы в твердых телах так близко находятся друг к другу, что их внешние электронные оболочк
Соседние атомы в твердых телах так близко находятся друг к другу, что их внешние электронные оболочки соприкасаются или перекрываются. Соседние атомы в твердых телах так близко находятся друг к …
Pic.9
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля все энергетические уровни заняты электр
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля все энергетические уровни заняты электронами, называется валентной. Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля все …
Pic.10
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, называется зоной
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, называется зоной проводимости. Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, …
Pic.11
Ширина запрещенной зоны является основным параметром, характеризующим свойства твердого тела. Ширина
Ширина запрещенной зоны является основным параметром, характеризующим свойства твердого тела. Ширина запрещенной зоны является основным параметром, характеризующим свойства твердого тела.
Pic.12
В полупроводниковой электронике широкое применение получили В полупроводниковой электронике широкое
В полупроводниковой электронике широкое применение получили В полупроводниковой электронике широкое применение получили германий Ge ( ΔW = 0,67 эВ) и кремний Si (Δ W =1,12 эВ)(элементы 4-й группы …
Pic.13
Электроны в твердом теле могут совершать переходы внутри разрешенной зоны при наличии в ней свободны
Электроны в твердом теле могут совершать переходы внутри разрешенной зоны при наличии в ней свободных уровней, а также переходить из одной разрешенной зоны в другую. Электроны в твердом теле могут …
Pic.14
В металлах зона проводимости частично заполнена. В металлах зона проводимости частично заполнена. Ко
В металлах зона проводимости частично заполнена. В металлах зона проводимости частично заполнена. Концентрация свободных электронов в металлах практически не зависит от температуры. Зависимость …
Pic.15
У диэлектриков и полупроводников при температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена
У диэлектриков и полупроводников при температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости совершенно пуста, поэтому эти вещества проводить ток не могут. У диэлектриков …
Pic.16
Собственная электропроводность полупроводников Атомы кремния (Si ) располагаются в узлах кристалличе
Собственная электропроводность полупроводников Атомы кремния (Si ) располагаются в узлах кристаллической решетки, а электроны наружной электронной оболочки образуют устойчивые ковалентные связи, …
Pic.17
При температуре абсолютного нуля (T=0K) все энергетические состояния внутренних зон и валентная зона
При температуре абсолютного нуля (T=0K) все энергетические состояния внутренних зон и валентная зона занята электронами полностью, а зона проводимости совершенно пуста. При температуре абсолютного …
Pic.18
При температуре T > 0 К дополнительной энергии, поглощенной каким-либо электроном, может оказатьс
При температуре T > 0 К дополнительной энергии, поглощенной каким-либо электроном, может оказаться достаточно для разрыва ковалентной связи и перехода в зону проводимости, где электрон становится …
Pic.19
Электроны хаотически движутся внутри кристаллической решетки и представляют собой так называемый эле
Электроны хаотически движутся внутри кристаллической решетки и представляют собой так называемый электронный газ. Электроны хаотически движутся внутри кристаллической решетки и представляют собой так …
Pic.20
У атома полупроводника, от которого отделился электрон, возникает незаполненный энергетический урове
У атома полупроводника, от которого отделился электрон, возникает незаполненный энергетический уровень в валентной зоне, называемый дыркой. У атома полупроводника, от которого отделился электрон, …
Pic.21
Для простоты дырку рассматривают как Для простоты дырку рассматривают как единичный положительный эл
Для простоты дырку рассматривают как Для простоты дырку рассматривают как единичный положительный электрический заряд. Дырка может перемещаться по всему объему полупроводника под действием …
Pic.22
Таким образом, в кристалле полупроводника при нагревании могут образовываться пары носителей электри
Таким образом, в кристалле полупроводника при нагревании могут образовываться пары носителей электрических зарядов «электрон – дырка», которые обусловливают появление собственной электрической …
Pic.23
Процесс образования пары «электрон – дырка» называют генерацией свободных носителей заряда. Процесс
Процесс образования пары «электрон – дырка» называют генерацией свободных носителей заряда. Процесс образования пары «электрон – дырка» называют генерацией свободных носителей заряда. После своего …
Pic.24
В течение времени жизни носители В течение времени жизни носители участвуют в тепловом движении, вза
В течение времени жизни носители В течение времени жизни носители участвуют в тепловом движении, взаимодействуют с электрическими и магнитными полями как единичные электрические заряды, перемещаются …
Pic.25
При рекомбинации электрона и дырки происходит высвобождение энергии. При рекомбинации электрона и ды
При рекомбинации электрона и дырки происходит высвобождение энергии. При рекомбинации электрона и дырки происходит высвобождение энергии. В зависимости от того, как расходуется эта энергия, …
Pic.26
Излучательной является рекомбинация, при которой энергия, освобождающаяся при переходе электрона на
Излучательной является рекомбинация, при которой энергия, освобождающаяся при переходе электрона на более низкий энергетический уровень, излучается в виде кванта света – фотона. Излучательной …
Pic.27
При безызлучательной рекомбинации избыточная энергия передается кристаллической решетке полупроводни
При безызлучательной рекомбинации избыточная энергия передается кристаллической решетке полупроводника, т. е. избыточная энергия идет на образование фононов – квантов тепловой энергии. При …
Pic.28
Генерация пар носителей «электрон – дырка» и появление собственной электропроводности полупроводника
Генерация пар носителей «электрон – дырка» и появление собственной электропроводности полупроводника может происходить и при любом другом способе энергетического воздействия на полупроводник – …
Pic.29
Распределение электронов по энергетическим уровням Вероятность заполнения электроном энергетического
Распределение электронов по энергетическим уровням Вероятность заполнения электроном энергетического уровня W при температуре T определяется функцией распределения Ферми:
Pic.30
где T – температура в градусах Кельвина; k – постоянная Больцмана; WF – энергия уровня Ферми (средни
где T – температура в градусах Кельвина; k – постоянная Больцмана; WF – энергия уровня Ферми (средний энергетический уровень, вероятность заполнения которого равна 0,5 при T = 0 К ).
Pic.31
Соответственно функция (1- fn(W)) определяет вероятность того, что квантовое состояние с энергией E
Соответственно функция (1- fn(W)) определяет вероятность того, что квантовое состояние с энергией E свободно от электрона, т. е. занято дыркой
Pic.32
При T = 0 К все энергетические уровни, находящиеся выше уровня Ферми, свободны.
При T = 0 К все энергетические уровни, находящиеся выше уровня Ферми, свободны.
Pic.33
При T > 0 К увеличивается вероятность заполнения электроном энергетического уровня, расположенног
При T > 0 К увеличивается вероятность заполнения электроном энергетического уровня, расположенного выше уровня Ферми. При T > 0 К увеличивается вероятность заполнения электроном энергетического …
Pic.34
Примесная электропроводность полупроводников Электропроводность полупроводника может обусловливаться
Примесная электропроводность полупроводников Электропроводность полупроводника может обусловливаться не только генерацией пар носителей «электрон – дырка» вследствие какого-либо энергетического …
Pic.35
Примеси бывают Примеси бывают 1) донорного типа, 2) акцепторного типа.
Примеси бывают Примеси бывают 1) донорного типа, 2) акцепторного типа.
Pic.36
Донорные примеси Донор – это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, за
Донорные примеси Донор – это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электроном и способный в возбужденном состоянии отдать электрон в …
Pic.37
Пример донорной примеси – сурьма (Sb) (элемент V группы таблицы Менделеева). Пример донорной примеси
Пример донорной примеси – сурьма (Sb) (элемент V группы таблицы Менделеева). Пример донорной примеси – сурьма (Sb) (элемент V группы таблицы Менделеева).
Pic.38
Связь с ядром пятого электрона атома примеси слабее по сравнению с другими электронами. Связь с ядро
Связь с ядром пятого электрона атома примеси слабее по сравнению с другими электронами. Связь с ядром пятого электрона атома примеси слабее по сравнению с другими электронами. Под действием теплового …
Pic.39
Атом примеси, потеряв один электрон, становится положительно заряженным ионом с единичным положитель
Атом примеси, потеряв один электрон, становится положительно заряженным ионом с единичным положительным зарядом. Атом примеси, потеряв один электрон, становится положительно заряженным ионом с …
Pic.40
Таким образом, полупроводник приобретает свойство примесной электропроводности, обусловленной наличи
Таким образом, полупроводник приобретает свойство примесной электропроводности, обусловленной наличием свободных электронов в зоне проводимости. Таким образом, полупроводник приобретает свойство …
Pic.41
Уровень Ферми будет смещаться вверх, к границе зоны проводимости Wп . Малейшее приращение энергии эл
Уровень Ферми будет смещаться вверх, к границе зоны проводимости Wп . Малейшее приращение энергии электрона приводит к его переходу в зону проводимости. Уровень Ферми будет смещаться вверх, к границе …
Pic.42
Акцепторные примеси Акцептор – это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический урове
Акцепторные примеси Акцептор – это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной …
Pic.43
Если в кристаллическую решетку полупроводника кремния ввести атомы примеси - индия (In) (элемент III
Если в кристаллическую решетку полупроводника кремния ввести атомы примеси - индия (In) (элемент III группы таблицы Менделеева), имеющего на наружной электронной оболочке три валентных электрона, то …
Pic.44
Одна из связей остается не заполненной. Одна из связей остается не заполненной. Заполнение этой своб
Одна из связей остается не заполненной. Одна из связей остается не заполненной. Заполнение этой свободной связи может произойти за счет электрона, перешедшего к атому примеси от соседнего атома …
Pic.45
Атом примеси, приобретая лишний электрон, становится отрицательно заряженным ионом, а дырка, образов
Атом примеси, приобретая лишний электрон, становится отрицательно заряженным ионом, а дырка, образовавшаяся в атоме основного полупроводника, имея единичный положительный заряд, может перемещаться от …
Pic.46
Такой тип проводимости называется дырочным и обозначается буквой p (позитивный, положительный тип пр
Такой тип проводимости называется дырочным и обозначается буквой p (позитивный, положительный тип проводимости), а полупроводник называется полупроводником р-типа. Такой тип проводимости называется …
Pic.47
Орицательно заряженные ионы акцепторной примеси в полупроводнике р-типа не могут перемещаться внутри
Орицательно заряженные ионы акцепторной примеси в полупроводнике р-типа не могут перемещаться внутри кристалла, так как находятся в узлах кристаллической решетки и связаны межатомными связями с …
Pic.48
Вероятность захвата электрона и перехода его в валентную зону возрастает в полупроводниках p-типа, п
Вероятность захвата электрона и перехода его в валентную зону возрастает в полупроводниках p-типа, поэтому уровень Ферми здесь смещается вниз, к границе валентной зоны Вероятность захвата электрона и …
Pic.49
При очень больших концентрациях примесей в полупроводниках уровень Ферми может даже выходить за пред
При очень больших концентрациях примесей в полупроводниках уровень Ферми может даже выходить за пределы запрещенной зоны либо в зону проводимости (в полупроводниках n-типа) либо в зону валентную (в …


Скачать презентацию

Если вам понравился сайт и размещенные на нем материалы, пожалуйста, не забывайте поделиться этой страничкой в социальных сетях и с друзьями! Спасибо!