АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Металлы и полупроводники

Читайте также:
  1. GG ДРУГИЕ ОТХОДЫ, СОДЕРЖАЩИЕ В ОСНОВНОМ НЕОГРАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ, КОТОРЫЕ МОГУТ СОДЕРЖАТЬ МЕТАЛЛЫ И ОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
  2. АС ОТХОДЫ, СОДЕРЖАЩИЕ В ОСНОВНОМ ОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ, КОТОРЫЕ МОГУТ СОДЕРЖАТЬ МЕТАЛЛЫ И НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
  3. Драгоценности и драгметаллы
  4. Дырочные полупроводники (р-типа)
  5. Загрязнители окружающей среды: тяжелые металлы (ТМ). Факторы, способствующие накоплению ТМ в среде обитания человека. Основные пути поступления ТМ в биосферу
  6. Металлы жизни
  7. Металлы и неметаллы
  8. Металлы металлическая связь
  9. Металлы, особенности атомно-кристаллического строения
  10. Металлы.
  11. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Смысл входящих в уравнение (11.6) параметров меняется и от характеристик электронного газа: невырожденный (обычный полупроводник) и вырожденный (металл). Для невырожденного газа (отсутствует принцип Паули) l, u, n и t получаются усреднением этих величин по всему коллективу. В вырожденном коллективе внешнее электрическое поле может воздействовать только на электроны, находящиеся у уровня Ферми, переводя их на более высокие свободные энергетические состояния. В этом случае вводятся новые параметры: lF - средняя длина свободного пробега электронов, обладающих энергией Ферми, uF - их средняя скорость, nF - среднее число столкновений, уничтожающих скорость в направлении движения.

В результате удельная электропроводность металлов с квантово-механической точки зрения описывается соотношением

, (11.7)

которое в отличие от классического выражения

, (11.8)

хорошо объясняет температурную зависимость s~1/Т. Согласно классической теории средняя скорость теплового движения свободных электронов и соответственно , что противоречит экспериментальной зависимости s~1/Т, которая объясняется независимостью uF от температуры (с повышением температуры уровень Ферми в металлах практически не изменяется) и соотношением при рассеянии электронов на тепловых колебаниях решетки (на фононах, концентрация которых nФ~T).

r
С понижением температуры, когда концентрация фононов становится очень маленькой, основное значение приобретает рассеяние электронов на точечных дефектах решетки. В этом случае у металлов lF=const, u=const, s=const.

rост.
~T
~T5
 
Как показывает теория, у чистых металлов переходный участок между зависимостями s~1/Т и s=const соответствует выражению .

Общая зависимость удельного сопротивления чистых металлов от температуры показана на рис. 11.1.

T Рис. 11.1

 

В обычных полупроводниках (невырожденный электронный газ) в области высоких температур, когда преобладает рассеяние электронов на фононах, и n≈1, поэтому

. (11.9)

В области низких температур преобладает рассеяние на ионизованных точечных дефектах. В этом случае у невырожденных полупроводников , а n~Т2. Последний вывод качественно понятен, так как чем выше скорость электрона (увеличение Т), тем быстрее он проскакивает кулоновское поле дефекта, и для уничтожения его движения в первоначальном направлении требуется больше столкновений.

 
u
 
T
T-3/2
T3/2
Зависимость подвижности носителей заряда в невырожденном полупроводнике от температуры представлена на рис. 11.2, при этом при низких температурах u~T3/2.

Рис. 11.2

 

В качестве параметра, разграничивающего область низких и высоких температур, используют характеристическую температуру Дебая ТD (Т<<ТD, T>>ТD), определяемую соотношением , где wD - предельная частота колебаний кристаллической решетки.

Температурная зависимость удельной электропроводности невырожденных полупроводников (11.4) в основном определяется температурной зависимостью концентрации носителей заряда (10.12, 10.13, 10.17, 10.18, 10.19).

 

 
 
ln(σ)


Поэтому качественно s(Т) и n(T) совпадают, рис. 10.8 и 11.3, где

 

(11.10)

 

и s0 - коэффициент, который слабо зависит от температуры; Е - энергия ионизации донора или акцептора, либо ширина запрещенной зоны.

1/2kT Рис. 11.3

 

По наклону линейных участков рис.11.3 также можно определять Е. Характерной особенностью зависимости ln(s) от является обычное наличие максимума при переходе от примесной проводимости к собственной, когда n¹f(T), что вызвано описанной выше зависимостью подвижности носителей тока от температуры (рис.11.2).


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.003 сек.)