Физика туннельного диода
Оглавление.
Вырожденные полупроводники.
Зависимость параметров от температуры.
Зависимость параметров туннельного диода от свойств полупроводникового материала.
Сравнительная оценка диодов из разных материалов. Прием в Екатеринбурге принимаем туристов с проживанием и экскурсиями
Использованная литература.
Методы изготовления туннельных диодов.
Образование p-n-перехода.
Обращенный диод.
Основные параметры туннельного диода и его эквивалентная схема.
Параметры туннельного диода и их определение.
Туннельный диод.
Физика туннельного диода.
Электронные и дырочные полупроводники.
Физика туннельного диода.
Электронные и дырочные полупроводники.
Для облегчения понимания физика работы туннельного диода необходимо рассмотреть электронные и дырочные полупроводники, явления, возникающие при их контакте, и влияние степени легирования исходные материалов на свойства p-n-перехода.
Плоскостная модель кристаллической решётки германия дана на рис. 1а. Атомы расположены на таких расстояниях друг от друга, что их внешние (валентные) электронные оболочки взаимно проникают друг в друга. Атом германия имеет четыре электрона на внешней оболочке, и при взаимодействии внешних электронных оболочек атомов кристалла у соседних атомов появляются общие электроны. Это соответствует как бы дополнению внешних электронных оболочек атомов до восьми электронов (согласно принципу Паули, на одной орбите может находиться не более двух электронов с противоположными спинами). Такая связь атомов с помощью общих орбит двух электронов называется ковалентной. Наличие на внешней оболочке каждого атома восьми электронов соответствует их устойчивому состоянию, подобных состоянию внутренних электронных оболочек атома.
![]() |
Зонная схема энергетических уровней полупроводника приведена на рис. 1б. При температуре абсолютного нуля все энергетические уровни в зоне проводимости свободны, а в валентной зоне - заняты. При температуре отличной от абсолютного нуля, флуктуации в тепловом движении приводят к тому, что часть ковалентных связей атомов разрывается. В результате появляются не связанные с определёнными атомами электроны, участвующие в электропроводимости (в дальнейшем они будут называться свободными), и равное число вакантных мест в связях, откуда эти электроны вырваны. Эти «вакансии» связаны с атомами, и их теоретическое положение соответствует уровням валентной зоны. При разрыве соседней связи такая «вакансия» может быть занята освобождённым при этом электроном, а на месте нового разрыва возникает другая «вакансия». Такую «вакансию» для электронов характеризую положительным зарядом, равным по величине заряду электрона, который получил название «дырки». Дырке приписывают массу с положительным знаком, вообще отличающуюся от массы свободного электрона.
![]() |
Энергетическое распределение электронов (и дырок), образовавшихся в результате описанной тепловой регенерации, рассматривается в статистической физике и описывается распределением Ферми-Дирака, математическое выражение которого имеет вид
где f(E) − вероятность заполнения электроном некоторого уровня с энергией E;
E − энергия уровня Ферми;
T − абсолютная температура;
k − постоянная Больцмана.
Под уровнем Ферми понимается такой энергетический уровень, вероятность заполнения которого электронами равна половине.
В состоянии термодинамического равновесия процесс тепловой генерации электронов и дырок уравновешивается обратным процессом − их рекомбинацией. Полупроводник, электропроводность которого обусловлена носителями тока обоих знаков, появляющихся вследствие только тепловой генерации, называется собственным. Ширина запрещённой зоны полупроводника обычно значительно больше средней энергии теплового движения, равной kT = 0,026 эв (при комнатной температуре), вследствие чего число пар носителей при комнатной температуре, созданных тепловой генерацией, будет мало и проводимость собственного полупроводника будет низкой. Так, в собственно германии при комнатной температуре концентрация электронов (и дырок) будет равна 2·1013 см−3, а в собственном кремнии − 1,4·1010 см−3, тогда как плотность атомов кристаллической решётки равна 5·1022 см−3 см. При этом электропроводность собственного германия будет равна 48 ом∙см, а кремния − 2,5·105 ом∙см.
Уровень Ферми в собственном полупроводнике, находящемся в тепловом равновесии, расположен посредине запрещённой зоны, так как число электронов в зоне (при таком определении положения уровня Ферми не учитывается разница в эффективных массах электрона и дырки).
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11