• 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.

Век информации

Одна из важнейших проблем наступившего века - информационное обеспечение общества. Накопление и потребление информации...

читать далее

Нейронные сети

С начала 80-х годов XX в. прогресс вычислительной техники многие исследователи связывают с созданием искусственных...

читать далее

Предполагается, что КМОП-схемы могут стать основой для элементной базы даже высокоскоростных микропроцессоров...

читать далее