• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Зонная теория полупроводников

Изучая свойства кристаллического детектора, наш соотечественник, выдающийся радиофизик О.В. Лосев (1903-1942), обнаружил на вольт-амперной характеристике кристалла участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, на основе которого в 1922 г. создал генерирующий детектор. Это был первый детектор, способный генерировать и усиливать электромагнитные колебания. В нем использовалась контактная пара: металлическое острие - полупроводник (кристалл цинкита). Хотя открытие О. Лосева и вызвало большой интерес, но оно не нашло промышленного внедрения, так как 30-40-е годы XX в. были порой расцвета электровакуумных ламп, нашедших широкое применение в различных устройствах радиосвязи. Ненадежные в то время полупроводниковые приборы не могли конкурировать с ними.

Тем не менее исследование свойств полупроводников продолжалось. Предпринимались поиски природных и синтезированных полупроводников. Исследования активизировались после создания зонной теории полупроводников, в соответствии с которой в твердом теле энергетическое состояние электронов характеризуется зонами. В верхней зоне, названной зоной проводимости, находятся свободные заряды. Нижняя зона, в которой заряды связаны, получила название валентной зоны. Между ними расположена запрещенная зона. Если ее ширина велика, то в твердом теле электропроводность отсутствует и оно относится к диэлектрикам. Если она невелика, то электроны могут возбуждаться различными способами и переходить из валентной зоны в более высокоэнергетическую. Например, при нагревании твердого тела происходит тепловое возбуждение электронов, повышается их энергия и они переходят в зону проводимости; при этом повышается электропроводность твердого тела, и значит, уменьшается его сопротивление. С ростом температуры число возбужденных электронов увеличивается и, как следствие, сопротивление полупроводника падает. Возможен и другой механизм возбуждения электронов и перевод их из валентной зоны в зону проводимости, при котором они становятся свободными под действием света. Таким образом, зонная теория объяснила две первые загадки: почему сопротивление полупроводников падает при нагревании и при освещении.

В результате анализа электропроводности полупроводников был сделан вывод: на освободившихся от электронов местах в процессе их перехода в зону проводимости образуются вакансии, или дырки, эквивалентные носителям положительного заряда, обладающим подвижностью, эффективной массой и способностью давать вклад в электрический ток с направлением, противоположным току электронов. Выяснилось, что существуют полупроводники с электронным типом проводимости (п-тип), для которых эффект Холла отрицателен, и полупроводники с положительным эффектом Холла, имеющие дырочный тип проводимости (p-тип). Первые названы донорными, вторые - акцепторными.

Технологии и фундаментальные знания

Технология - совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или полуфабрикатов...

читать далее

Начало развития твердотельной электроники

Толчком для развития твердотельной электроники послужили долгое время необъяснимые физические загадки, называемые...

читать далее

Создание слоев на интегральных микросхемах

Для формирования барьерных слоев все чаще используют тонкие пленки нитрида титана. Однако современная технология...

читать далее