Metalų elektrinio laidumo temperatūros lygis. Elektros laidumas ir temperatūra Temperatūros laidumas

Jakas buvo skirtas Dienos pabaigoje, Kylant temperatūrai, laidininkas patirs daugiau vėlavimų laisvas elektros krūvio srautas– elektronai laidumo zonoje ir elektronai valentinėje zonoje. Kadangi išorinis elektrinis laukas yra kasdienis, pernešama daug įkrautų dalelių chaotiškas charakteris Ir srautas per bet kurį išraiškos skerspjūvį yra lygus nuliui. Vidutinis dalelių takumas – taip vadinamas. „Šiluminis sklandumas“ gali būti išreikštas ta pačia formule kaip vidutinis idealių dujų molekulių šiluminis sklandumas

de k- Boltzmanno postas; m-Efektyvi elektronikos ar dalių masė.

Kai išorinis elektrinis laukas stovi, laidininkui siunčiamas signalas, "Dreifova" sklandumo komponentas – Palei lauką prie kelių, per lauką – prie elektronikos, tada. Pro akis nutekėjo elektros skystis. Srauto storis j vystytis iš „elektronikos“ privalumų j n ir "dirochnogo" j p strumiv:

de n, p- laisvųjų elektronų ir dalelių koncentracija; υ n , υ p- Įkrovimo nosies dreifo greitis.

Čia svarbu atsiminti, kad jei norite įkrauti elektroną ir dirką - pusę už ženklo, taip pat dreifuojančių skysčių vektorius proksimalinės pusės kryptimi, kad bendras srautas iš tikrųjų būtų elektroninio ir dirk srauto moduliai.

Akivaizdu, kad tai šaunu υ n і υ p patys guli po išoriniu elektriniu lauku (paprasčiausia forma – tiesiškai). Įvedėme proporcingumo koeficientus μ nі μ p, kaip jie vadina „rukhomy“ nosies mokestį

Ir perrašykime 2 formulę, kad ji atrodytų taip:

j = en n E+ep p E= n E+ p E= E.(4)

Čia  - laidininko elektrinis laidumas ir  n і  p– Akivaizdu, kad tai elektroniniai ir fiziniai sandėliai.

Iš (4) matyti, kad laidininko elektrinį laidumą lemia aukštų krūvininkų koncentracijos kiekviename jo trapume. Tai taip pat galioja metalų elektriniam laidumui. Ale viduje metalai elektronų koncentracija labai didelė
ir palaikyti akių temperatūroje. Laisvumas elektronai metaluose pokyčius su temperatūra Taip yra dėl padidėjusio elektronų, susidūrusių su kristalinių oksidų šiluminiais susidūrimais, skaičiaus, dėl kurio dėl temperatūros padidėjimo keičiasi metalų elektrinis laidumas. U Newswires o pagrindinis indėlis į temperatūrą ir elektros laidumą sumažėja saugojimas priklausomai nuo temperatūros ir koncentracijos Atsakingos nosys.

Pažvelkime į terminio aktyvinimo procesą ( karta) elektronai iš laidininko valentinės juostos į laidumo juostą. Noriu vidutinės kristalų atomų šiluminio susidūrimo energijos
Pavyzdžiui, esant tik 0,04 eV kambario temperatūrai, kuri yra daug mažesnė už daugumos laidininkų ekranuotos zonos plotį tarp kristalo atomų, bus tokių, kurių energiją galima išlyginti su g. Kai energija iš šių atomų perduodama elektronams, jie lieka laidumo zonoje. Elektronų skaičius energijos intervale nuo ε iki ε + dε laidumo zonas galima parašyti taip:

de
- Energijos lygių stiprumas (6);

- gyventojų tankumo lygis su energija ε elektronas ( Fermi padalijimo funkcija). (7)

(7) formulėje simbolis F paskirtas sov. ūkio rabarbarai. Metalai turi Fermi rabarbarų - lieka užsiėmęs elektronais rabarbarai absoliučioje nulinėje temperatūroje (skyr. Įvadas). Tiesa, f(ε ) = 1 val ε < Fі f(ε ) = 0 val ε > F (1 pav.).

1 pav. Rozpodil Fermi-Dirak; dažnai absoliutaus nulio temperatūroje ir "ištirpsta" esant galinei temperatūrai.

Prie dirigentų, Kaip mums malonu girdėti, tikimasi, kad Fermi uolumas susitiks šalia aptvertos teritorijos, tobto. na nomu nomozhe buti elektron. Tačiau laiduose, kurių T = 0, visos stotys, esančios žemiau Fermio lygio, yra užpildytos, o tos, kurios yra aukštesnės už Fermio lygį, yra tuščios. Už galutinės temperatūros elektronų populiacijos lygis su energija ε > F nebėra lygus nuliui. Tačiau elektronų koncentracija laidininko laidumo zonoje vis tiek yra daug mažesnė nei didelės energijos šaltinių skaičius zonoje.
. Todi ženkle (7) galima pažymėti vienu, o padalijimo funkciją galima įrašyti į „klasikinį“ kaimyną:

. (8)

Elektronų koncentraciją laidumo zonoje galima apskaičiuoti integruojant (5) virš laidumo zonos iš apačios - E 1 iki viršaus - E 2 :

Integrale (9) laidumo zonos apačia laikoma nuliu, o viršutinė riba pakeičiama
per eksponentinį daugiklio pasikeitimą dėl energijos padidėjimo.

Apskaičiavę integralą galime pašalinti:

. (10)

Oksidų koncentracija valentinėje juostoje apskaičiuojama taip:

. (11)

Konduktoriui prie sandėlio nėra namo, taip vadinamas. Vlasny laidininkas, elektronų koncentracija laidumo zonoje yra atsakinga už diodų koncentraciją valentinėje zonoje ( elektroneutralumo protas). (Svarbu, kad gamtoje tokių laidininkų nėra, tačiau esant žemai temperatūrai ir koncentracijai, į namus laidininko malone galima tiekti likusių antplūdį). Tas pats, lygus (10) ir (11), pašalinamas ūkio lygiui iš drėgmės skirstytuvo:

. (12)

Tobto. esant absoliučiai nulinei Fermi temperatūrai Vlasny tikrai aptvertos teritorijos viduryje,і pravažiuoti šalia aptvertos teritorijos vidurio esant ne per aukštai temperatūrai, šprotai perjungimas pradėti skambėti b_k laidumo zonos(dalelių efektyvioji masė, kaip taisyklė, yra didesnė už efektyviąją elektronų masę (padal. Įvadas). Dabar, (12) pakeitę (10), iš elektronų koncentracijos atimame:

. (13)

Panašus ryšys atsiranda dėl medienos koncentracijos:

. (14)

(13) ir (14) formulės pakankamai tiksliai leidžia nustatyti krūvininkų koncentraciją galingam dirigentui.Šiems santykiams apskaičiuotos koncentracijos vertės vadinamos galingas koncentracijos. Pavyzdžiui, germanio Ge, silicio Si ir galio arsenido GaAs, kai T = 300 K, kvapas tampa pastovus. Praktiškai laidininkų įtaisams ruošti laidininkai su žymiai didesne krūvininkų koncentracija (
). Didesnė, sulyginta su drėgme, nosies koncentracija yra dėl navigatoriaus administravimo elektra aktyvių namų(Aš vis dar kalbu apie vadinamąjį amfoterinis Tiekėjo pristatyti namų ūkiai nekeičia žmogaus nosies koncentracijos). Priklausomai nuo valentingumo ir joninio (kovalentinio) spindulio, namų atomai gali būti skirtingai įtraukti į laidininko kristalinius elementus. Kai kurie iš jų gali pakeisti pagrindinės kalbos atomą pas vuzli grati - namai pakeitimas Svarbu, kad kiti užaugtų tarpuniversitetuose grati - namai vprovadzhennya. Dirigento galios įvairovė ir antplūdis.

Priimtina, kad kristale, kuriame yra beveik valentinio silicio atomų, kai kurie Si atomai yra pakeisti penkiavalenčio elemento atomais, pavyzdžiui, fosforo atomais R. Dauguma fosforo atomo valentinių elektronų sudaro kovalentinį ryšį su artimiausiu silicio atomai. Penktasis fosforo atomo valentinis elektronas bus prijungtas prie jonų šepetėlio Kulono sąveika. Apskritai ši pora su fosforo jonu su krūviu +e ir su juo susijusi elektrono kuloninė sąveika yra nuspėjamas vandens atomas, todėl tokie namai dar vadinami panašus į vandenilį maži nameliai. Kulono sąveika Kristalas turės prasmę susilpnėjęs per elektrinę poliarizaciją gretimų atomų papildomuose buitiniuose joniuose. Jonizacijos energija tokį namų centrą galima įvertinti naudojant šią formulę:

, (15)

de - Pirmasis vandens atomo jonizacijos potencialas yra 13,5 eV;

χ – dielektrinis kristalų įsiskverbimas ( χ =12 siliciui).

Pakeičiant (15) elektronų efektyviosios masės silicyje vertes ir vertes - m n = 0,26 m 0 paimama fosforo atomo jonizacijos energijai silicio kristalinėje gardelėje ε aš = 0,024 eV, o tai yra žymiai mažesnis už ekranuotos zonos plotį ir sukuria mažiau nei vidutinė atomų šiluminė energija kambario temperatūroje. Tai visų pirma reiškia, kad buitiniai atomai yra daug lengviau jonizuojami nei pagrindinės kalbos atomai, o kitaip tariant, kambario temperatūroje šie buitiniai atomai bus jonizuoti. Išvaizda elektronų laidininko laidumo zonoje iš ten Domiškovychas Rivnivas, nesusijęs su skylės atsidarymu valentinėje zonoje. Todėl koncentracija pagrindinės nosys elektronų koncentracija tam tikroje dalelėje gali būti padidinta keliomis eilėmis ne pagrindinės nosys- Darok. Tokie vežėjai vadinami elektroninis arba per telefono operatorius n -Kaip, ir vadinami namai, kurie praneša siųstuvui apie elektroninį laidumą donorų. Jei kristalinis silicis įveda trivalenčio elemento atomų namą, pavyzdžiui, boro B, tada viena iš namo atomo kovalentinių ryšių su indo atomais prarandama siliciui. nebaigtas. Užkasus šį elektrono ryšį iš vieno iš gretimų silicio atomų, valentinėje juostoje atsiras skylė. Kristalas turi būti atsargus dėl savo laidumo (laidininkas p -Kaip). Namai, kurie valgo elektronus, vadinami priėmėjų. Laidininko energetinėje diagramoje (2 pav.) Rabarbaras donoras yra žemiau laidumo zonos apačios pagal donoro jonizacijos energijos kiekį, o akceptorius – virš valentinės juostos apačios pagal energiją. akceptoriaus onizacija. Vandens donorų ir akceptorių, pvz., Mendelevo periodinės lentelės V ir III grupių silicio elementų, jonizacijos energijos yra maždaug vienodos.

2 pav. Elektroninių (kairiarankių) ir rankinių (dešiniarankių) siųstuvų energijos diagramos. Rodoma Fermio lygių padėtis esant temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui.

Apskaičiuoti nešiklio krūvio koncentraciją laidininke su namų elektroninių sistemų reguliavimu nėra lengva pasiekti ir daugeliu atvejų galima išvengti analitinių sprendimų.

Pažvelkime į n tipo laidininką, kai temperatūra, pakankamai žemas. Ir čia galite pasinaudoti savo galimybėmis. Visi elektronai tokio laidininko laidumo zonoje yra elektronai, kurie ten pateko iš donoro lygių:

. (16)

Čia
- donoro atomų koncentracija;

- Elektronų, kurie buvo prarasti donorų vietose, skaičius :

. (17)

Iš (10) ir (17) 16 lygio požiūrio užrašome:

. (18)

Virishyuchi tse kvadratne rіvnyannya shodo
, atšaukiamas

Pažiūrėkime į sprendimą labai žemai temperatūrai (praktiškai vidutinė temperatūra apie dešimtis Kelvino laipsnių), jei kitas priedas po kvadratinės šaknies ženklu yra daugiau nei vienas. Nelabai gerai vienišiuose, paimkime tai:

, (20)

tobto. esant žemai temperatūrai, fermos reivas auga maždaug per vidurį tarp donoro reivo ir laidumo zonos apačios (esant T = 0K – tiksliai per vidurį). Pakeitę (20) elektronų koncentracijos (10) formule, matome, kad elektronų koncentracija didėja didėjant temperatūrai pagal eksponentinį dėsnį.

. (21)

Parodos dalyvių vitrina
rodo, kad tam tikrame temperatūrų intervale elektronų koncentracija didėja eksponentiškai Donorų namų jonizavimas

Aukštesnėms temperatūroms – tokioms, jei drėgmės laidumas dar nežymus, bet protas sumažėjęs
, kitas papildymas po šaknimi bus mažesnis nei vienas ir vikoristinis ryšys

+…., (22)

Atimama Fermi lygio padėtis

, (23)

ir elektronų koncentracijai

. (24)

Visi donorai jau yra jonizuoti, atomų koncentracija prie laidumo zonos yra tokia pati kaip donorų atomų koncentracija – tai yra vadinamasis. namo vidaus ploto. At aukštesnės temperatūros vyksta intensyvus elektronų laidumo zonos nukrypimas nuo valentinės juostos (pagrindinės medžiagos atomų jonizacija) ir krūvininkų koncentracija vėl pradeda didėti pagal eksponentinį dėsnį (13), būdingą plotai su laidumu drėgmei. Kaip atskleisti elektronų koncentracijos laipsnį kaip temperatūros funkciją koordinatėmis
, galite matyti lamano liniją, susidedančią iš trijų sekcijų, atitinkančių aukštesnius temperatūros diapazonus (3 pav.).

R IS.3. Temperatūros lygis elektronų koncentracija laidininko tipo.

Panašūs ryšiai, iki daugiklio, gaunami skaičiuojant oksidų koncentraciją p tipo laidininke.

Esant labai didelėms namo koncentracijoms (~10 18 -10 20 cm -3), laidininkas virsta vadinamuoju. virogenas malūnas. Kaimo namai suskilę namo zona, kurie dažnai gali persidengti su laidumo zona (elektroniniuose laiduose) arba su valentine juosta (dielektrikuose). Kai įkrovos koncentracija iš tikrųjų nustoja būti esant temperatūrai iki labai aukštų temperatūrų, tada. laidininkas varomas kaip metalas ( kvazimetalinis laidumas). Rabarbarų Fermi išsigimusių laidininkų bus arba labai arti laidininko zonos krašto, arba laidininkai bus leistinos energijos zonos viduryje, todėl tokio laidininko zonos schema bus panaši į zoną d Igram metalas (div. 2a pav. Įvadas). Norint padidinti krūvio koncentraciją tokiuose laidininkuose, vaizdas (8), kai sistema veikė, ir kvantinės funkcijos vaizdas (7) perimamas pėdsakų poskyrio funkcija. Integralas (9) šiuo atveju apskaičiuojamas skaitiniais metodais ir vadinamas Fermi-Dirac integralas Indukuotų verčių Fermi-Dirac integralų lentelės, pavyzdžiui, L.S. monografijoje. Stilbanai.

At
Grindų elektroninių (nešvarių) dujų susidarymo pakopa yra aukšta, todėl purkštukų koncentracija nėra iki laidininko lydymosi temperatūros. Tokios siųstuvų „mergelės“ naudojamos gaminant žemos kokybės elektroninius prietaisus, tarp kai kurių svarbiausių. Injekciniai lazeriai ir tuneliniai diodai.

Dainuojant, nors ir mažesnio dydžio, įvedama elektros laidumo temperatūra trapumo temperatūros lygis Atsakingos nosys. Atsipalaidavimas, „makroskopinė“ reikšmė, kurią mes suteikiame (3), gali būti išreikšta „mikroskopiniais“ parametrais – efektyvia mase. valanda atsipalaidavimo impulsui – vidutinė elektrono (skylės) laisvo bėgimo valanda tarp dvi paskutinės stotelės su kristalų laikiklių defektais:

, (25)

o elektros laidumas su ryšiu tarp (4) ir (25) bus parašytas taip:

. (26)

Jako defektai - Rossiyuvannya centrai Gali atsirasti kristalinių laikiklių – akustinių ir optinių – pažeidimų fononi(skyr. metodinis vadovėlis „Struktūra ir dinamika...“), namų atomai– jonizuotos ir neutralios, atominės kristalo sritys – išnirimai, paviršius Krystal kad tarp grūdų polikristaluose ir kt. Pats procesas išpjaustyti įkrovą dėl defektų gali būti spyruoklinisі ne pavasaris - pirmoje fazėje kvaziimpulsas nesikeičia elektronas (dirk); kitu būdu – dalies kvaziimpulso ir energijos pokytis. Kadangi krūvio išsklaidymo ant grotelių defektų procesas - pavasaris, tą impulso atsipalaidavimo valandą galima pavaizduoti statinio turinio atsiradimu sekcijos energijoje:
. Taigi, svarbiausiems elektronų spyruoklinio išsklaidymo ant namo akustinių fononų ir jonų tipams.

(27)

і
. (28)

Čia
- kiekiai, kurie neglūdi energijoje;
– Susikaupimas jonizuotas bet kokio tipo namas.

Vidutinis atsipalaidavimo laikas nustatomas pagal šią formulę:

;
. (29)

Mes atmetame taisykles (25)-(29):

. (30)

Kadangi bet kuriame temperatūrų diapazone indėlis į nosies laisvumą, kurį lemia skirtingi sklaidos mechanizmai, gali būti prilyginamas vertei, tada laisvumas matuojamas pagal formulę:

, (31)

de indeksas i Tai atitinka sklaidos dainavimo mechanizmą: ant namų centrų, akustinių fononų, optinių fononų ir kt.

Tipiškas elektronų (kadrų) pažeidžiamumo lygis laidininke, priklausomai nuo temperatūros, parodytas 4 pav.

4 pav. Tipiškas sulaikymas, priklausantis nuo nosies trapumo temperatūros laidininko krūviui.

At labai žemas temperatūrų (absoliutaus nulio srityje) namai dar nejonizuoti, tirpinimas vyksta neutralus namų centrai ir trapumas yra praktiškas nemeluok žemai temperatūros tipas (4 pav., skydelis a-b). Kylant temperatūrai, pagal eksponentinį dėsnį didėja jonizuotų junginių koncentracija, o laisvumas patenka zgіdno (30) – dilyanka b-v. Srityje namo interjeras jonizuotų namų centrų koncentracija nekinta, o trapumas didėja, kaip
(4 pav., c-d). Toliau kylant temperatūrai, dispersija ant akustinių ir optinių fononų pradeda didėti, o trapumas vėl mažėja (g-d).

Svarbus yra laisvumo temperatūros diapazonas - statinė temperatūros funkcija, o koncentracijos temperatūros diapazonas yra eksponentinis, todėl pagrindinių ryžių elektrinio laidumo temperatūros kitimas yra pasikartojantis krūvio koncentracijos temperatūros diapazonas. Tai leidžia pagal temperatūrą ir elektros laidumą tiksliai nustatyti svarbiausią laidininko parametrą – jo saugomos zonos plotį, kurį ketinama pagaminti šiame robote.

Įkroviklių su vienu įkrovimu elektros laidumas γ nustatomas pagal

de n - Laisvųjų krūvininkų koncentracija, m -3; q – odos krūvio vertė; μ − krūvio pernešimo greitis, lygus vidutiniam krūvio pernešimo greičiui (υ) iki lauko stiprio (E): υ/E, m 2 /(B∙c).

Mažyliui pateikiama nosies koncentracijos temperatūra 5.3.

Žemos temperatūros srityje žemės sklypas tarp taškų a ir b apibūdina augalų, vadinamų namais, koncentraciją. Kylant temperatūrai, namų tiekiamų nosių skaičius didėja, kol išsenka namų atomų elektroniniai ištekliai (b punktas). B-v namo vietoje jis jau matomas, o elektronų perėjimas iš pagrindinio laidininko per ekranuotą sritį dar matomas. Kreivės atkarpa su pastovia krūvininkų koncentracija vadinama sritimi, kurioje iškyla namas. Toliau pakyla temperatūra, kuri pradeda didinti dalelių koncentraciją dėl elektronų praėjimo per ekranuotą zoną (padalinys v-g). Sklypo aukštis apibūdina užpildo aptvertos zonos plotį (krašto liestinė suteikia reikšmę ΔW). Nahila sklypai a-b guli po namų jonizacijos energija ΔW p.

Mažas 5.3. Tipinė krūvio koncentracijos koncentracija

tiekėjo temperatūroje

Mažasis 5.4 rodo laidininko nosies įkrovos trapumo temperatūros lygį.

Mažas 5.4. Nosies trapumo temperatūros lygis

krūvis laidininke

Padidėjęs laisvai bėgančio susidėvėjimo krūvio sklandumas, keičiantis temperatūroms, paaiškinamas tuo, kad kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis laisvai bėgančio susidėvėjimo krūvio terminis takumas. Tačiau toliau kylant temperatūrai, prie jo vis dažniau ima prilipti šiluminis skvarbų ir krūvininko svyravimas, mažėja trapumas.

Mažajam 5.5 pateikiamas laidininko maitinimo šaltinio temperatūros lygis. Ši talpa yra sulankstoma, nes elektros laidumas priklauso nuo trapumo ir nosies skaičiaus:

AB skyriuje augintinio elektros laidumo padidėjimą dėl padidėjusių temperatūrų lemia namas (už tiesioginio poveikio šiai atkarpai nurodoma namo aktyvavimo energija W p). Pasibaigus BV periodui, atsiranda prisotinimas, nes nosies talpa nepadidėja, o laidumas krenta dėl pasikeitusio krūvio nosies trapumo. VG kontekste laidumo padidėjimas atsiranda dėl padidėjusio pagrindinio laidininko elektronų skaičiaus, kuris patenka į ekranuotą zoną. Pagal aukštį tiesi linija rodo pagrindinio dujotiekio aptvertos zonos plotį. Netoliese esantiems plyšimams galite greitai naudoti formulę

Kur aptvertos zonos W plotis skaičiuojamas kaip eB.

Mažas 5.5. Žaliavos elektrinio laidumo temperatūros diapazonas

telefono direktoriui

Laboratorinis robotas stebi silicio laidininką.

Silicis, Kaip ir Vokietija, įtraukta į D.I lentelės IV grupę. Mendelevas. Tai vienas gausiausių elementų žemės plutoje, sudaro apie 29 proc. Tačiau gamtoje gyslos nesusilieja.

Techninis silicis (apie šimtas namų), išgaunamas iš dioksido (SiO 2) elektros išlydžio metu tarp grafito elektrodų, yra plačiai naudojamas juodųjų metalų metalurgijoje kaip legiravimo elementas (pavyzdžiui, elektros plienas). Techninis silicis kaip pergalių laidininkas negali. Vynas yra gaminys gaminant silicį, kurio laidumo grynumas gali būti mažesnis nei 10–6%.

Laidininko grynumo silicio pašalinimo technologija yra labai sudėtinga ir apima keletą etapų. Galutinį valymą siliciu galima atlikti naudojant zonos lydymosi metodą, o tai kelia daug sunkumų, nes silicio lydymosi temperatūra yra labai aukšta (1414 ° C).

Silicis yra pagrindinė medžiaga laidininkų prietaisams gaminti: diodams, tranzistoriams, zenerio diodams, tiristoriams ir kt. Ties siliciu viršutinė prietaisų darbinės temperatūros riba gali būti nustatyta 120-200 laipsnių medžiagų valymo stadijoje, o tai yra žymiai aukštesnė nei Vokietijoje.

Laidininkai yra medžiagos, kurių pagrindinis bruožas yra elektros laidumo tiekimas iš išorinių energijos šaltinių, taip pat namo koncentracija ir tipas.

Akivaizdu, kad oro vežėjų valdžios institucijos ir pro
Vandens nešikliai atpažįstami pagal jų cheminių jungčių tipą. Metaluose kristalinių oksidų atomų valentiniai elektronai iš dalies yra lygių krūvininkų grupė, vadinama elektronų dujomis (metalo jungtimi). Nosies skaičius
krūvio kūnai, kurie rodo atomų skaičių vienete
Apie kristalinius oratus informacijos nėra. Šios nešėjų koncentracijos krūvyje iš esmės pakeisti neįmanoma dėl išorinių veiksnių antplūdžio (temperatūros, pokyčių, įvestų namų ruošos darbų, deformacijų ir kt.). Apsvarstykite visas laidininkų laidumo ypatybes: teigiamą maitinimo šaltinio temperatūros koeficientą, krūvininkų koncentracijos nepriklausomybę namuose prie vartų, laidumą ir kt.

Laidininkuose visi valentiniai atomų elektronai dalyvauja kuriant kovalentinę (arba jonų kovalentinę) sočiąją cheminę jungtį. Naudojant laidininko kristalus, nereikia beveik stipraus krūvio, kuris atsiranda dėl tiesioginės išorinio veiksnio įtakos, todėl esant absoliutaus nulio temperatūrai laidininkas neturi jokio elektros laidumo. Kovalentinio (joninio-kovalentinio) ryšio (sujungimo energijos) reikšmė rodo laidininko ekranuotos zonos plotį. Esant žemesnei nei 0 K temperatūrai, kai kurie krūvininkai, hidratuoti šiluminės energijos, gali sukurti cheminį ryšį, kad laidumo zonoje susidarytų vienodas elektronų skaičius.Irok yra netoli valentinės juostos. santykiams priskiriamas jų koncentracijos mokestis

kur aš - Efektyvus jungčių stiprumas nukreipiamas nuo laidumo zonos apačios iki laisvosios zonos lubų.

Norėdami kontroliuoti elektros laidumo tipą ir laidininko laidumo vertes kristalinės gardelės vietoje, įdėkite mažą namo koncentraciją su valentiškumu,
kinta didesnėje ar mažesnėje pusėje priklausomai nuo laidininko pagrindinių atomų valentingumo. Tokius namus laidininko barjerinėje zonoje nurodo papildomi energijos lygiai: donoras – šalia laidumo zonos apačios ir akceptorius – šalia valentinės zonos apačios. Energija, reikalinga šiluminiam krūvininkų generavimui, namų buvimo formavimuisi (namų jonizacijos energija) yra 50-100 kartų mažesnė už saugomos zonos plotį:

Namų nosių termogeneracijos procesas taip pat gana paprastas ir aprašomas formulėmis

de - donorų namų koncentracija ir - akceptorių namai Kol temperatūra žema, ne visi namai yra jonizuoti, o šeimininkų koncentracija nustatoma pagal (4) formules. Tačiau tipiniais epizodais net ir esant žymiai žemesnei nei kambario temperatūra (arti -60 0 C) visi komponentai yra jonizuojami ir toliau kaitinant koncentracija nekinta ir išlieka tokia pati kaip įvestų komponentų koncentracija. (namo kozhen atomas „dav“ po vieną įkrovą. Todėl bet kuriame temperatūros diapazone nosies koncentracija praktiškai nėra žemesnė už temperatūrą (regionas) II 4 pav.). Tačiau žymiai pakilus temperatūrai (pavyzdžiui, siliciui, arti 120 0 C), už (3) formulės pavaizduoto mechanizmo prasideda drėgmės jungčių irimas, o krūvininkų koncentracija pradeda smarkiai didėti. Pažvelkite į iliustraciją pav. 4, bet kuriame temperatūros diapazono vaizde, krūvininkų koncentracija yra beveik logaritminėje skalėje, palyginti su grįžtančia temperatūra (tokios skalės reikšmė išryškėja po (3) ir (4) išraiškų logaritmo.

Čia – namo vidaus temperatūra – perėjimo į drėgmės laidumą temperatūra. Formulės lenktynėms

Mažas 4. Pagrindinių krūvio nešėjų koncentracijos temperatūrinis lygis namo laidininke n- Kaip. aš- silpnos namo jonizacijos sritis (namo elektros laidumas) (); II- namo vidaus plotas (); III- Drėgmės laidumo sritis ().

Susiradus draugų, temperatūra buvo sumažinta. Srityje .III Krūvininkų generavimas atitinka (3) formulę. Esant žemesnei temperatūrai, šis procesas yra dar mažesnis, taigi ir rajone .Aš Nosies atsiradimą rodo (4) formulė. Kadangi jis išplaukia iš (3) ir (4) išraiškų, tuo didesnis, kuo didesnis laidininko ekranuotos zonos plotis, ir kuo didesnė, tuo didesnė donorų (akceptorių) jonizacijos energija. Vakhovuyuchi mokyklų mainai, gulėti, mokyti >.

Kvazistiprūs krūvininkai (elektronika ir dirs), maitinami vidutine šilumine energija, sukelia chaotišką kolapsą su terminiu sklandumu. , svarbu laikytis taikomų veiksmų. Dėl išorinio elektrinio lauko veikimo sukeliamas krūvininkų ištiesinimas – dreifas. Kokiu dreifuojančios srovės storiu

de – elektros laidumas, – krūvininkų koncentracija, – tiesioginio srauto sklandumas, veikiant išorinio elektrinio lauko įtempimui. E.

Paprastai, jei galioja Ohmo dėsnis, E - nenukreipkite krūvio nepakeitę jo energijos (silpni laukai). Tokiu būdu įkrovos nosies srauto sklandumas yra nevienodas, o dreifo sklandumas, apibūdinantis tiesioginio krūvio srauto efektyvumą, slypi tame, kad yra stipri pagarba. kristalinės medžiagos defektų srautui.ir nuspręsti. Parametras, apibūdinantis tiesioginio krūvininko efektyvumą, vadinamas ruddability:

Akivaizdu, kad krištolo gardelės defektų, kurie dalyvauja Rusijos įkrovoje, yra daugiau, tada mažiau. Svarstoma, kad supraskite tiesioginio krūvio srauto kvaziimpulso pokytį, kurį sukelia defektų antplūdis. Be to, kristalo fragmentai visada yra įvairių tipų defektuose (terminės atomų, namų ir kt. vibracijos), tada krūvio trapumas yra „valdomas“ efektyviausiu tirpimo mechanizmu:

čia m Σ yra laidininko krūvio laisvumas; m i - laisvumas, įrengtas i tirpimo mechanizmas. Taigi, pavyzdžiui, aukštų temperatūrų srityje m Σ yra valdomas gardelės šiluminių virpesių įnašo ir pokyčių didėjant temperatūrai. Žemų temperatūrų srityje, jei granato sklaidos nuosėdos m Σ yra mažos, turinčios šiek tiek trunkantį krūvį, jos iš karto atsiduria jonizuotų namų Kulono jėgų (gravitacijos ar poslinkio) lauke. Šis dispersijos mechanizmas „valdo“ m Σ laiduose esant žemai temperatūrai. Todėl nosies įkrovos laisvumą laikant priklausomai nuo temperatūros lemia šie empiriniai ryšiai:

de aі b- Nuolatiniai kiekiai.

Rūgštingumas lnm Σ(T) (7) formos kristaluose parodytas fig. 5. Šiame paveikslėlyje 1 ir 2 kreivės iliustruoja tai, kad namų koncentracija didėja ( N pr1<N pr2) ar m keičiasi? žemų temperatūrų srityje glazūros dispersijos kristale mechanizmas išlieka nepakitęs.

Gera akustinių fononų analizė svarbiau, kai T> 100 K. Jei rajone yra namas, esant galimybei

Mažas 5. Krūvnešių trapumo temperatūros lygis
nešikliuose su skirtinga namo koncentracija. N pr1

Todėl elektros laidumas gali keistis dėl padidėjusios temperatūros dėl nosies purumo pokyčių m Σ ( T) per akustinių fononų krūvių sklaidą.

PRANEŠIMAS ROZRAKHUNOVO-GRAFIKA

ROBOTI

KAZANOS VALSTYBINIO ENERGETIKOS CENTRAS

UNIVERSITETAS

Fizikos katedra

Esė

Laidininko laidumo temperatūros gylis

Vikonav: Romanovas A.V. - Grupė ZES-1-04___________ (data, parašas)

Patvirtino: _____________________________________________ (data, parašas)

Namų adresai:

m. Jelabuga

vul. Okruzhne Shosse pumpuras. 35 kv. 69

Perpildymo data:

Kazanė 2006 m

Laidininkai yra medžiagos, kurios svyruoja kambario temperatūroje ir kurių elektrinis laidumas yra nuo 10 -8 iki 10 6 omų -1 m -1, kuris labai nusėda atsižvelgiant į namo dydį ir medžiagos struktūrą, taip pat kaip iš išorinių minčių: temperatūra, apšvietimas, išoriniai elektriniai ir magnetiniai laukai, pokyčiai. Kietųjų kūnų elektrinis laidumas šiuolaikinėje fizikoje paaiškinamas juostos teorija. Fig. I ekranus supaprastina drėgmės, akceptoriaus ir donoro laidininkų energijos zonų diagramos.

Dirigentų kristalai tikrose mintyse neišvengiamai sujudina trečiųjų šalių namų dainą, kuri leidžia suprasti, kad būtina pašalinti net ir didelio grynumo medžiagą. Namai taip pat specialiai įvedami arba kristalams augant, pašalinant laidininką iš nurodytų elektros institucijų, arba ruošiant gretimas konstrukcijas. Tokie laidininkai vadinami legiruotais arba namo formos. Namų atomai, kurie valentiškumu skiriasi nuo pagrindinio kristalo atomų, sukuria vienodus kiekius leistinos elektronų energijos barjerinėje zonoje, kuri gali tiekti elektronus į laidumo zoną, arba priimti elektronus ir iš valentinės juostos. Mes pažvelgsime į šį procesą iš tolo. Šioje mūsų dalyje yra idealizuotas vandens laidininko modelis kasdieniuose namuose. Tokie vadovai vadinami galingais.

Kaitinant, laidininkų laidumas smarkiai padidėja. Laidumo temperatūros diapazonas s Drėgmės nešiklį rodo koncentracijos pasikeitimas n ir elektronikos trapumas m - ir medienos m + temperatūros tipas:

s = e ( n - m - + n + m +) (1)

Krūvnešių trapumas laidininkuose išlaikomas vienodai žemoje temperatūroje ir kinta pagal dėsnį m~T –3/2. Tai reiškia, kad kylant temperatūrai didėja srovės stiprumas per valandą, dėl to pasikeičia tiesioginio krūvininko srauto į tokios pat įtampos lauką sklandumas.

Pažvelkime į donoro dirigentą. Dėl mažos elektronų koncentracijos laidininkų laidyje laidininkai yra suskirstyti pagal klasikinę Maxwell-Boltzmann statistiką. Todėl žemos temperatūros srityje elektronų koncentracijai laidumo zonoje su vieno tipo namais galime:

n = A T 3/2 e - D W / kT , (2)

kur A yra koeficientas, kuris nėra po T; DW yra namo aktyvavimo energija, kuri yra energijos intervalas tarp donoro lygio ir apatinio laidumo zonos krašto (Ic pav.)K - Boltzmanno poziciją.

Pažvelkime į supaprastintą jo laidininko zonos modelį, parodytą Fig. 1. Šis modelis daugiausia naudojamas ateityje. Šiame modelyje elektronų energija yra teigiama ir didėja išilgai ordinačių ašies. Medžių energija yra neigiama ir teka žemyn. Abcis visada priklauso nuo erdvinių koordinačių, o išilgai šios ašies, priklausomai nuo pasaulio proto, gali atsispindėti temperatūra, namo koncentracija ir elektrinio lauko kryptis. Valentinė juosta – tai laidumo zona, apsupta tiesių linijų, o tai reiškia: E v – valentinės juostos linija; E c – laidumo zonos apačia. Elektrono energijos pakanka, o tai reiškia, kad jis yra absorbuojamas iš valentinės juostos. Aptvertos zonos plotis apskaičiuojamas kaip skirtumas E g = E c - E v.

Dabar pažiūrėkime, kokia yra fizikinė priežastis, dėl kurios smarkiai pasikeičia laidininkų ir metalų laidumo temperatūros diapazonas.

Mažas 1. Valentinio laidininko paprastas zonos modelis: E v – valentinės juostos stulpelis; E c – laidumo zonos apačia.

E g = E c – E v – aptvertos teritorijos plotis. G - elektronų-dykų poros generavimas, R - elektronų-dyko poros rekombinacija.

Slenkančios rodyklės rodo fotonų skilimo ir vibracijos procesus šviesos generavimo ir vibracijos rekombinacijos metu lygiagrečiai.

Esant temperatūrai T > 0, vidutinė fonono energija yra panaši (k – Boltzmanno konstanta), pavyzdžiui, kambario temperatūroje T = 300 K ji panaši į 0,039 eV. Tačiau per Maxwell-Boltzmann padalijimą aišku, kad fononas turi energijos Eg, kuri gali gerokai viršyti vidurkį, ir šis tikrumas yra proporcingas. Uždarymo proceso metu elektronai palaipsniui keičia energiją su fononais. Natūralu, kad stacionariose sistemose visa elektroninė posistemė yra šiluminėje pusiausvyroje su gardelės virpesiais, o aplink elektroniką jie gali generuoti daug daugiau energijos nei vidutiniškai. Terminis elektrono sužadinimas yra energijos perkėlimas iš fonono į elektroną taip, kad nutrūktų kovalentinis ryšys.

Jei elektronas iš fonono atima energiją, didesnę arba lygią Eg, jis gali „išsimesti“ iš valentinės juostos į laidumo juostą, kur tampa laisvas ir gali dalyvauti perduodamame krūvyje, pridėdamas išorinės elektros energijos. lauke. Kartu su elektrono perėjimu į laidumo zoną šalia valentinės juostos susidaro nauja skylė, kuri taip pat dalyvauja elektros laidumui. Taigi galios laidininkuose laisvieji elektronai ir šerdys generuojami poromis, šis procesas vadinamas elektronų ir šerdies porų generavimu (1 pav.). Tokiu atveju vyksta atvirkštinis procesas – elektronų ir dalelių abipusis anihiliacija, kai elektronas sukasi aplink valentinę juostą. Šis procesas vadinamas elektronų šerdies porų rekombinacija. Krūvininkų generavimo (rekombinacijos) porų skaičius viename vienete per valandą vadinamas generavimo sparta G (rekombinacija – R). Stacionariose smegenyse šiluminės generacijos ir rekombinacijos greičiai yra vienodi, taigi G = R (1)

Svarbu pažymėti, kad elektronų ir šerdies porų generavimas gali vykti ir tada, kai laidininkas varomas šviesos dažniu v, kad fotono energija patenkintų protą.

Šviesos generavimo metu elektronas išblukina fotoną (1 pav.). Rekombinacijos atvirkštinio proceso metu išsiskirianti energija, lygi Eg, gali būti perkelta iš elektrono atgal į gardelę (fononą), arba pernešama fotono. Fononai ir fotonai taip pat gali būti akimirksniu išpopuliarinti, arba, remiantis tvermės dėsniu, jų dalinė energija yra mažesnė nei Pvz. Kai energiją nuneša fotonas, procesas vadinamas viprominentine rekombinacija. Šviesos generavimas ir vibracinė rekombinacija yra visos klasės optoelektroninių laidininkų prietaisų veikimo pagrindas – vibracinės rekombinacijos komponentai, kurių mes negalėsime nagrinėti šiame kurse ir.

Akivaizdu, kad dėl šiluminės generacijos vyksta greiti elektronų perėjimai iš vieno iš viršutinių valentinės juostos lygių, kuriuos užima elektronai, iš vieno iš apatinių laidininko zonos lygių.dugnai, – kadangi jie smirda, fragmentai Tokiems perėjimams reikia mažiau energijos. Žvaigždė rodo, kad generavimo greitis G yra proporcingas: galimų užimtų elektronų padėčių skaičiui N v prie valentinės juostos sienelės; neužimtų upių skaičius N c šalia laidumo zonos dugno (fizinis poslinkis N v ir N c bus nagrinėjamas toliau) ir elektronų energijos prieinamumas E g:

de, a yra proporcingumo koeficientas, esantis po fononų ir elektronų jungties dažniu. Kita vertus, rekombinacijos greitis R yra proporcingas nosies „aštrumo“ tankiui. elektronų koncentracijos n ir dirok p pridėjimas (g – proporcingumo koeficientas):

jūsų nešiklio fragmentai n = p. Stacionariame rudenį yra pavydo vieta (2), tada

Kristalo laidumas yra (6) proporcingas elektronų koncentracijai ir purumui. Kaip matyti iš (7) išraiškos, koncentracija n drėgmės laidininke didėja eksponentiškai didėjant temperatūrai, o trapumo temperatūros turinys laidumo atžvilgiu vaidina ne tokį reikšmingą vaidmenį. Taigi, drėgmės laidininko laidumas visų pirma didėja didėjant temperatūrai pagal tą patį dėsnį, kaip ir elektronų ir dalelių koncentracija (kol pasidaro pastebimas krūvininkų išsisklaidymas ant gardelės šiluminių virpesių). Tai galima parašyti:

(8)

Taip pat fenomenologiniu požiūriu laidų laidumas metaluose rodo, kad laidininkų laidumas laiduose sparčiai didėja keičiantis temperatūrai. Fizinė to priežastis yra padidėjęs elektronų ir šerdies porų šiluminės generacijos greitis dėl temperatūros padidėjimo. Jei prologarithmuvati viraz (8), tada pamatysiu

Todėl, jei grafike nubraižome lns išilgai ordinačių ašies, o grįžtamąją temperatūrą išilgai abciso ašies, galime ją paimti tiesiai iš nuolydžio Eg/2k, kaip parodyta Fig. 2. Taigi, žinodami tiesioginės linijos vertę, galite nustatyti svarbiausią laidininko charakteristiką - aptvertos zonos plotį. Tokiu būdu nustatyta Eg reikšmė vadinama aptvertos zonos terminiu pločiu, kurio fragmentai taip pat nustatomi iš molio optinio pritemdymo spektrų ir Eg skaičiavimo, remiantis virusu (9).