 |
Примесные полупроводники p-типа и n-типа. Механизмы проводимости. Зависимость проводимости от температуры.
|
|
|
|
Примеси могут быть донорного и акцепторного типа. Донор - это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещенной зоне вблизи "дна" зоны проводимости энергетический уровень, занятый в невозбуждённом состоянии электроном и способный в возбуждённом состоянии при тепловом возбуждении отдать электрон в зону проводимости. Акцептор - это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещённой зоне вблизи "потолка" валентной зоны энергетический уровень, свободный от электрона в невозбуждённом состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны благодаря тепловому возбуждению.
Полупроводник n-типа получается, если в чистый полупроводник добавить примесь с валентностью, большей на единицу. Образуется один избыточный электрон. Для того, чтобы оторвать его от атома и превратить в свободный носитель заряда, требуется значительно меньшая, чем ширина запрещенной зоны, энергия. Полупроводник p-типа получается, если в чистый полупроводник добавить примесь с валентностью, меньшей на единицу. Т.е. образуется вакантное место – дырка. При повышении температуры на место этой дырки может перейти электрон соседнего атома. Для такого перехода требуется значительно меньшая, чем ширина запрещенной зоны, энергия.
В целом электропроводность полупроводника включает в себя собственную и примесную составляющие. При небольшом повышении температуры собственная проводимость полупроводника практически равна нулю, так как приобретенной электронами полупроводника тепловой энергии не хватает для преодоления запрещенной зоны. При повышении температуры (T≈350-400K) все атомы примеси полностью ионизируются и наступает примесное истощение.
|
|
|
Фотопроводимость полупроводников. Её закономерности.
Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. Фотопроводимость полупроводников может обнаруживаться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра в зависимости от ширины запрещенной зоны, которая, в свою очередь, зависит от типа полупроводника, температуры, концентрации примесей и напряженности электрического поля.
Закономерности:
1)В чистых полупроводниках существует граничная частота, ниже которой фотопроводимость не возникает: υ≥∆E/h, зависит от ширины запрещенной зоны.
2)Количество образующихся носителей тока пропорционально интенсивности светового потока.
Тепловые свойства твердых тел. Экспериментальная зависимость теплоёмкости твёрдых тел от температуры, её объяснение.
Твёрдое тело обладает широким спектром колебаний, в нём есть высокие и низкие частоты. Низкочастотные колебания лежат в звуковом и ультразвуковом диапазоне и представляют собой упругие волны, распространяющиеся в кристалле. Минимальная длина волны: λmin = 2l. Колебания с минимальными длинами волн не имеют физического смысла, т.к. не соответствуют реальным смещениям частиц решетки. Эти колебания являются стоячими волнами и не переносят энергию вдоль решётки. При этом низкочастотные колебания вносят максимальный вклад в энергию тепловых колебаний кристалла. Максимальная частота колебаний: υmax. С уменьшением λ и увеличением υ, скорость упругих волн уменьшается и при выполнении λmin = 2l скорость распространения становится равной нулю. Энергия упругих волн изменяется дискретно и величина изменения не может быть меньше, чем hυ. Изменения энергии должно быть всегда кратно hυ.
|
|
|
Теплоёмкость твердых тел. Закон Дюлонга – Пти, закон Дебая. Фононы.
Молярная теплоёмкость кристаллического твёрдого тела не зависит от его состава и равна 3R.
Закон Дюлонга-Пти (Закон постоянства теплоёмкости) — эмпирический закон, согласно которому молярная теплоёмкость твёрдых тел при комнатной температуре близка к 3R: 
,
где R — универсальная газовая постоянная.
Закон Дебая: Cμ ~ T3.
Фонон — квазичастица, представляющая собой квант колебательного движения атомов кристалла.
39. Теплоемкость металлов вблизи T=0К.
Влияние электрона на теплоёмкость наблюдается только при абсолютном нуле. Электроны в металле можно рассматривать как электронный газ. Cμe = (1/2)Π2RkT/EF. Электроны не участвуют в процессе нагревания металла. Их вклад наблюдается только при самых низких температурах. T=0, <E> = (3/5)EF ∙ υNА.
|
|
|
