Основные параметры полупроводников

3.3.1 Ширина запрещенной зоны - это энергия, которую необходимо сообщить собственному валентному электрону, чтобы он стал свободным носителем заряда, то есть энергия разрыва собственной ковалентной связи. Чем шире запрещенная зона ПП, тем больше верхний предел рабочих температур приборов на основе этого ПП (таблица 3.1) и тем больше удельное сопротивление ПП.

Таблица 3.1

Полупроводник	Обозначение	ΔЕ, эВ	Tmax, ºC
Германий	Ge	0,72	80-100
Кремний	Si	1,12	180-200
Арсенид галлия	GaAs	1,45
Фосфид галлия	GaP	2,24	500-600
Карбид кремния	SiC	2,8-3,1

3.3.2 Удельное электрическое сопротивление - параметр, характеризующий способность материала проводить электрический ток:

ρ = 1/neμ (3.1)

где n - концентрация носителей тока;

е - заряд носителей тока;

μ - подвижность носителей тока.

У ПП ρ=(10^-6÷10⁸)Ом∙м. Удельное электросопротивление любого ПП можно изменять в широких пределах, варьируя концентрацией донорных и акцепторных примесей (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4

3.3.3 Подвижность носителей заряда - отношение средней, установившейся скорости направленного движения носителей заряда к напряженности электрического поля. Различают подвижность электронов μ_n и дырок μ_р, отсюда удельная электропроводимость собственного ПП

σ_i = neμ_n + epμ_р = en_i(μ_n + μ_р) (3.2)

так как в собственном ПП n=p=n_i.

Чем больше подвижность, тем больше скорость движения носителей и тем выше быстродействие ПП прибора, т.е. выше верхний предел рабочих частот ПП диодов, транзисторов и интегральных микросхем

3.3.4 Время жизни неравновесных носителей заряда - это время, за которое концентрация этих носителей уменьшится в "e" раз (τ) ("e" - основание натурального логарифма 2,72).

3.3.5 Диффузионная длина неравновесных носителей заряда – это среднее расстояние L, на которое успевает переместиться носитель заряда за время жизни τ. Для импульсных ПП диодов используются ПП с малыми значениями τ и L . Обычно такие ПП легируют амфотерными примесями, которые создают глубокие энергетические уровни. Эти уровни становятся рекомбинационными ловушками и снижают τ и L . Например введение золота в германий позволяет довести τ до 1 не. Основные параметры используемых ПП приведены в таблице 3.2.

3.3.6. Концентрация носителей заряда.

Концентрация носителей заряда в ПП обычно на 5-7 порядков меньше, чем в металлах, и примерно настолько же больше, чем в диэлектриках. Изменение концентрации носителей в ПП приводит к изменению его электропроводности.

Концентрация носителей заряда n_i и p_i- соответственно электронов и дырок в собственном ПП является фундаментальным параметром и рассчитывается, исходя из эффективных масс электронов и дырок, ширины запрещенной зоны и температуры по уравнению

n_i = p_i = (N_CN_V)^1/2e^-ΔE/2KT (3.3)

где N_C и N_V - множители, мало зависящие от температуры, но учитывающие эффективные массы соответственно электронов и дырок; ΔЕ-ширина запрещенной зоны; К - постоянная Больцмана; Т - температура.

При постоянной температуре чем больше ширина запрещенной зоны, тем ниже собственная концентрация носителей.

Концентрация носителей заряда в примесном ПП зависит от уровня легирования ПП. Различные области ИМС имеют различные уровни концентрации примеси, что отражено на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5

Концентрация основных носителей заряда в примесном ПП равна концентрации примесных атомов N , поскольку в рабочем диапазоне практически все атомы примеси ионизированы, и собственная концентрация ni=pi- существенно меньше концентрации примеси.

Таблица 3.2 – Физические параметры ПП (Т=300К)

ПП	Плот-ность Мг/м³	Темпе-ратура Плавле-ния, °С	Температур-ный Коэффи-циент Линейно-го Расши-рения αе10⁶,К^-^I	Ширина Запре-щенной зоны ∆Е, эВ	Подвижность µ,м²/(В.с)
Элект-ронов	Ды-рок
Ge Si SiC GaP InP GaAs InAs InSb ZnS CdS ZnGe CdSe ZnTe CdTe	5,43 2,33 3,22 4,07 4,78 5,32 5,67 5,78 4,09 4,82 5,42 5,81 6,34 5,86	1020*	5,8 2,3 - 4,7 4,6 5,4 4,7 4,9 - 5,7 1,9 - 8,3 4,0	0,66 1,12 3,02 2,26 1,35 1,43 0,36 0,18 3,67 2,53 2,73 1,85 2,23 1,51	0,39 0,14 0,033 0,019 0,46 0,95 3,3 7,8 - 0,034 0,026 0,072 0,053 0,12	0,19 0,05 0,06 0,012 0,015 0,045 0,046 0,075 - 0,011 0,015 0,075 0,003 0,006

^*Температура фазового перехода

⇐ Назад

Далее ⇒