MS PowerPoint, 983 Кб

«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
N
jq  | qi |ni bi E (14.4)
Микроскопическое выражение
для плотности тока
i 1
jq   R E (14.6)
0
Закон Ома в
дифференциальной форме
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
Зависимость удельного
сопротивления (удельной
электропроводности) от
температуры
ПП
Металл
 R   R1
Основные понятия и законы физики
Л.14 Электропроводность кристаллов
и энергетические зоны
Проводники
Полупроводники
Диэлектрики
 R 1  100 мкОм  см
 R 10  10 мкОм  см
2
16
 R  10 мкОм  см
16
1
2
Удельное сопротивление
R

по проводу
R
 Rl
S
 R dl
S (l )
14.3
14.1
SdR
R 
dl
14.2 
Определение удельного
сопротивления
Рабочая формула для однородного провода (неизменного
поперечного сечения)
Главное - не конкретные значения удельного
сопротивления, а влияние примесей и температуры на
электропроводность кристаллов
3
Влияние температуры и примесей на
электропроводность металлов и полупроводников
(ПП) ПРОТИВОПОЛОЖНО
ПП
Металл
R  
1
R
Чтобы понять зависимость электропроводности от
температуры надо знать
N
jq  | qi |ni bi E (14.4)
i 1
Микроскопическое
выражение для плотности
тока в любом веществе
Суммирование по всем типам носителей тока
qi
Заряд носителя типа i
ni
Концентрация носителей типа i
bi
Подвижность носителей типа i
bi   м
2
1
 В  сек
1
4
ui  bi E (14.5)
Определение
подвижности
носителя тока
типа i
Микроскопическое выражение для плотности тока и
закон Ома в дифференциальной форме
N
jq   R E (14.6)
N
 R  | qi |ni bi (14.7)
i 1
5
jq  | qi |ni bi E (14.4)
i 1
Микроскопическое
выражение для удельной
электропроводности
любого вещества
Металлы: носители тока – электроны проводимости
N  1 q1  e n1  n
 R (T )  enbe (T ) (14.8)
n  n(T )
b1  be
 be
  R
 R  | qi |ni bi (14.7)
i 1
Микроскопическое
выражение для удельной
электропроводности
любого металла
Чем выше температура, тем
сильнее хаотическое движение, тем
меньше подвижность электронов
проводимости в металле
T
N
 R
ui  bi E (14.5)
6
7
Сопротивление металлов растёт с увеличением
температуры
Металл
 R   R1
 R (T )  enbe (T )
-1
(14.9)
8
Полупроводники: носители тока –
электроны проводимости и дырки
N 2
q1  e
q2  e
N
 R  | qi |ni bi (14.7)
i 1
n1  n
b1  be
n2  p
b2  bh
Электроны проводимости
Дырки
  e  nbe  pbh  (14.10)
Микроскопическое
выражение для удельной
электропроводности
любого полупроводника
Концентрации носителей тока в ПП могут сильно
зависеть от температуры
n  n(T )!!!
p  p(T )!!!
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
N
jq  | qi |ni bi E (14.4)
Микроскопическое выражение
для плотности тока
i 1
jq   R E (14.6)
0
Закон Ома в
дифференциальной форме
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
Зависимость удельного
сопротивления (удельной
электропроводности) от
температуры
ПП
Металл
 R   R1
9
Концентрация носителей тока в ПП зависит от
температуры и примесей
Диффузия
примесной
дырки
Тепловая
генерация
собственных
носителей
Концентрация дырок и электронов
проводимости сильно зависит от
внешних условий. Она очень мала по
сравнению с концентрацией атомов.
Рекомбинация
электрондырочной
пары
Зависимость
удельной
проводимости ПП от
температуры
T
 n, p
  R
10
ПП
Энергетические зоны в металлах и ПП – способ более
глубокого понимания зависимости электропроводности
от температуры и примесей
ГО
БГОППЯ
Очень простые
ямы – простые
схемы уровней
11
Атом – более сложная потенциальная яма для
электронов – уровни сгруппированы в оболочки
K, L, M, N (группы из 2-5 уровней)
Частично
заполненная
оболочка
Целиком
заполненные
оболочки
12
Кристалл – много взаимодействующих атомов ещё более сложная потенциальная яма для
электронов – уровни сгруппированы в
разрешённые зоны (группы из 1020 уровней)
13
Частично
заполненная
разрешённая зона
Между разрешёнными зонами – запрещённые
зоны – нет уровней, не может быть электронов
Целиком
заполненные
разрешённые зоны
14
Самая верхняя из разрешённых зон, в которой есть
электроны, – валентная зона – два варианта
Валентная зона
частично заполнена
электронами –
проводник (металл)
Валентная зона целиком заполнена электронами – полупроводник
W 0
ЗП
T0  0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
ЗЗ
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
W
ВЗ=ЗП
F
ЗЗ
ВЗ
ЗЗ
Распределение электронов проводимости в металле по
энергетическим уровням. Энергия Ферми равна примерно 5 эВ
для всех металлов
W 0
T0  0
T1  T0
15
T2  T1
W 0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
WF
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
WF
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
WF
Типичные зонные диаграммы (ЗД) собственного
ПП (iПП) при разных температурах:
концентрация носителей тока увеличивается
ЗП
ЗЗ
ВЗ
16
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
N
jq  | qi |ni bi E (14.4)
Микроскопическое выражение
для плотности тока
i 1
jq   R E (14.6)
0
Закон Ома в
дифференциальной форме
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
Зависимость удельного
сопротивления (удельной
электропроводности) от
температуры
ПП
Металл
 R   R1