В n слой ingect дырки, но Nn+ ↓ а по сему им можно пренебречь.

Эффект Холла.  19.10.00

Если образец п/п по которому течёт ток поместить в магнитное поле направленное перпендикулярно току то внутри образца п/п возникнет контактная разность потенциалов направленная перпендикулярно току и магнитному полю. На любую заряженную частицу движушаюся в магнитном поле действует сила Лоренца

направление перпендикулярно направлению движения заряженных частиц и направлению магнитного поля.

FL=e υ B      B-магнитная индукция   υ-скорость   Направление FL определяется правилом левой руки.

            Под действием FL е  оттягиваются к одной стенке образца заряжая его [-], а противоположная сторона заряжается [+]

Перпендикулярно к образцу возникает

1.      Холловская разность потенциалов.

2.      Эл. поле припятствуюшие разделению зарядов магнитным полем.

Fэл=e  Ex=(L Ux)/b

Ex называют напряжённостью электрического поля в ширине образца отклонение  электронов продолжается до момента пока FL=Fэ из данного равенства определяем   Ux

е υ B=e  Ex =(e Ux)/b

Ux=υ B b

Плотность тока проходящая через образец ↓

Ј=I/S=I/bd

S=bd пл. поля сечения образца.

Ј=pn υ                        υ = Ј/en=I/(e n bd)

U_x=( I/(e n bd))Bb=IB/e n d

Пусть 1/е n=Rx                                 Rx-постоянная Холла

С чего понятно, что Ux зависит от величины проходящего через образец тока, величину B, толщину  образца и концентрацию носителей заряда в нём.

            Ежели основными носителями станут дырки, то Ux изменит знак, так как заряды на стенках  образца поменяются местами.

R_Xn=-1/e n                  R_Xр=1/eр

            Учитывая все υ для носителей заряда, следует брать усреднённое значение скоростей введя в формулу числовой для Rx множитель.

R_Xn=-3 π/8e n                        R_Xp=3π /8ep

            Для описания боле общего случая в водиться не эффектная А=1,93…0,99 зависит от механизма рассеяния примеси. R_Xn=-А/e n                 R_Xр=А/eр

Эффект Ганна 23.10.00

GaAs с кристалла графической ориентацией [100]

            Эффектные массы различаются, в области нижней долины   е   лёгкие m*₁  =0.068 m₀   ,  в области высокой долины  е  тяжёлые

m ₂  =1.2 m₀  , соответственно μ₁ = ≈ 4000 – 8000  м²/В*с

μ₂ = ≈ 100   м²/В*с

N_C2  примерно в 70 раз выше чем N_C1  таким образом возможен переход из нижней в верхнюю долину, такой вид рассеяния называют меж долинным

Пусть

“n” концентрация  е.

“n₁” концентрация  e  в верхней долине.

“n₂” концентрация  e  в нижней  долине.

“E" слабое э поле.

Тогда эл. проводимость образца определяется. à Ğ₁=e n₁ μ₁=e n1 υ 1 E1

24.10.00

При увеличение напряжённости поля до  Е₂ энергия  е ↑ и часть их переходит в верхнюю долину также принимая участие в электрическом токе.

J₂=e n₂ μ₂= e n₂ υ _ср E₂                                                                                                           υ _ср(2)=((μ₁* n₁+ μ₂* n₂)/ n₂)* E₂

Учитывая что n₂= n- n₁ è               υ _ср=( μ₁- n₂/n*( μ₁- μ₂))* E₂

Чем больше  е переходит в верхнюю долину то есть n₂↑ тем υ _ср ↓ и соответственно ĵ=e n μ ↓ .

При достижении  Е значения Екр все  е  нижней долины и преодолеют порог ∆ E’ и перейдут  в верхнюю. Ğ₂=e n₂ μ₂ из чего υ _ср ↓↓   J↓↓

0A—Е мало       I=f(U) близок к линейной

AB—Е2 ощутимо наблюдается переход  е из нижний долины в верхнюю υ _ср ↓                         I=f(U) нелинейной

BC—Екр велико все е   перешли в верхнюю долину

υ _ср ↓ ↓  это участок дифференциального сопротивления

CD—Е_max    υ _ср ↑    ĵ ↑                 

Рассмотрим двух долинный п/п с локальной неоднородностью.

В однородных п/п электрические поля одинаковы по всей длине п/п есть локальные не однородности с повышенным сопротивлением таким образом на этом участке образца Е будет выше а значит Екр Возникает в первую очередь именно в этом сечение образца и как следствие именно в этой области раньше чем в других областях будет наблюдаться переход  е  в верхнюю долину но в верхней долин υ _ср ↓    ĵ ↓   μ↓  => R ↑ , с напряжением Е в этом месте п/п снова ↑  вызывая ещё более интенсивный переход  е в верхнюю долину однако так как Е приложенное к образцу постоянно то напряжённость справа и слева от локальной не однородности падает.

электрическим доменом.

В области не однородного поля возникает зона тяжёлых  е  с большой эффективной массой эта область под действием поля движется к аноду с право и с лево от области тяжёлых  е а по сему здесь образуется избыточный [+] заряд с лева они накапливаются образуя избыточный [-] заряд. Внутри долины Е ↑↑ значит скора движение  е в нём вне домена  Е ↓

Станет состоянием покоя.

υ_домне е=υ_{вне домены}

                                   μ₂Е_д = μ₁Е_{вне  д}

25.10.00

Пока домен движется по кристаллу ток MIN и постоянный достигнув анода домен рушиться а ток резко возрастает к моменту полного разрушения домена затем образуется новый домен, причём на любой не однородности кристалла  а ток мгновенно падает до MIN и процесс циклически повторяется таким макаром можно получить высоко частотные колебания.

Применения

1.      Мощных ультра звуковых колебаний

2.      Для модуляции светового потока

3.      Для создания оптоэлектронных и акустоэлектронных приборов

Достоинства

Широкий диапазон рабочих частот (от долей герц до тысяч гика герц) Возможность использования в режиме ограниченного накопления объёмного заряда.

Недостатки.

Необходимость использовать изначально чистых и однородных образцов. Сложная технология создания не однородностей.

Термоэлектрические явления эффект Зеебека.

Суть: Возникновение термоэлектродвижущей силы (Т ЭДС) в цепи состоящей из 2 или более п/п места соединения коих находятся при разных Т.

Пусть имеется два образца различных веществ находящихся в состояние контакта, если Т контактов различна Т и Т+dТ то в замкнутой цепи возникает ток называемый термоэлектрическим, если разорвать цепь в произвольном месте то на образовавшихся контактах возникнет термоЭДС.

Разность потенциалов dE₁₂ в разомкнутой цепи зависит от рода материала (λ ₁₂)

и разности Т (dT)/

dE₁₂= λ ₁₂* dT

λ ₁₂- это коэффициэнт Т ЭДС это величина возникающая при единичной разности Т

λ ₁₂ и dE₁₂ положительны.

Если потенциал горячего контакта выше холодного ????????????????

Если dE₁₂>0 то ток пойдёт по часовой стрелке и соответственно обратно.

Рассмотрим физику Т ЭДС.

На контакте Ме Ме, в любой системе находящемся в состоянии ТДР Еf имеет единое значение для всех точек кристалла таким образом при контакте двух Ме их Еf должны совпасть.

Если же n в этих двух Ме различна то Еf в различных частях системы будет иметь различное положение, и соответственно  на границе раздела двух Ме возникает потенциальный барьер называемый внутренней контактной разностью потенциалов Uⁱ

Uⁱ разностью положения Еf в металле.   Uⁱ =(Е_f1- Е_f2)/l   Если цепь состояшюю из двух Ме замкнуть то Uⁱ возникает не обоих контактах. Направление поля от большего Ef к меньшему. Совершив обход по контуру имеем результирующую

Поля=0.

Пусть Т одного контакта измениться dT то Uⁱ измениться только на этом контакте, так как Еf зависит  от Т и Uⁱ электрическое поле на этом контакте, баланс системы нарушается и в замкнутой цепи возникает ЭДС.

30.10.00  Эффект Пелтье.

            Электро термический эффект суть его в выделение и поглощение энергии на контакте двух веществ при пропускании через них электрического тока. При пропускании через контакт электрического тока, на нём в зависимости от направления поглощается или выделяется энергия и dQ₁₂=П₁₂*I*dt

П – коэффициэнт Пелтье …Q – количество теплоты

Физика эффекта

            Пусть имеется контакт Ме п/п в Ме  е  с Е близкой Еf в п/п n-типа основные носители заряда  е_зп

Средняя Е  е проводимость в п/п > чем в Ме на (Ес-Ef), для перехода свободных  е  из Ме в п/п им не обходимо преодолеть потенциальный барьер с Е  не меньше чем (Ec-Ef) для этого  е   необходима Е кою они могут получить лишь от кристаллической решётки Ме, что ведёт к охлаждению контакта. При изменении направления протекания тока   е  из п/п в Ме отдавая  (Ec – Ef) кристаллической решётке Ме, что ведёт к нагреванию контакта.

Второе толкование.

Ек возникающая на контакте двух веществ. Либо способствует либо препятствует прохождению через него тока если ток течёт против контактного поля то источник затрачивает дополнительную Е проявляемую в виде Т, а если ток течёт по направлению поля то он поддерживается работа по пере дислокации  е  совершается  Ек  необходимая для этого Е отбирается у атомов материала что приводит к его охлаждению.

31.10.00  Эффект Томсона.

Это явление выделения или поглощения энергии в Ме или п/п, обусловлено градиентной температур при пропускании тока через образец.

Суть его:

Ежели п/п нагреть не равномерно то концентрация свободных носителей заряда будет больше в нагретой нежели а не нагретой области из чего видно что градиента температур прямо пропорциональна градиенте концентрации свободных носителей заряда.

Iдиф.  нарушает электро нейтральность образца, а разделение зарядов порождает электрическое поле припятствуешее этому разделению.

Таким образом если в Ме есть градиента температур то в нём образуется объёмный электрическое поле.

            Если направление внешнего тока противоположно Ек то Евн должно совершить дополнительную работу приодалеванния внутреннего поля эта дополнительная энергия нагревает контакт.

Эффект Джоуля Ленца.

  Если же направления внешнего тока и тока контакта совпадают энергия перемещения зарядов берётся из узлов кристаллической решётки что само по себе охлаждает контакт.  Q_T=Ť (T₁-T₂)*I*t

Ť- коэффициэнт Томпсона

В замкнутой цепи контакта из разных материалов при наличии границы температур возникает сразу три эффекта а именно Пелтье Зейбека и Томпсона.

Граница температур создаётся ТЭДС.                  λ₁₂=П/Т          dλ₁₂/dT=(Ť₁-Ť₂)/T

03.11.00  Поверхностные явления, природа поверхностных явлений.

При рассмотрении кристаллической структуры твёрдых тел в частности п/п, строения кристалла идеализированно и геометрические размеры кристалла, а состояния его поверхности не учитывалось вовсе.

            В идеальном кристалле сохраняется строгое периодичность потенциала.   Однако наличие в реальных кристаллах размеров приводит к появлению определённых особенностей в спектре разрешённых состояний электронов поверхность с точки зрения физики – нарушения периодичности  потенциала , поверхности в кристалле учёный Тамма показал, что обрыв периодичности на поверхности приводит к появлению локальных состояний энергетических уровней кои располагаются в ЗЗ такие состояния называются поверхностными или уровнями Тамма.

¹⁵  атом/см² плотность поверхности атомов. На поверхности реальной структуры всегда есть посторонние атомы и молекулы адсорбированных поверхностью из травитилей окружающей среды, а также окисные плёнки возникающие на поверхности.

            Все эти факторы приводят к появлению на поверхности состояний. Коими могут выступать как   акцепторы так и доноры. Если на поверхности есть донорные состояния то при отдачи  е  в ЗП поверхность зарядиться [+], если же на поверхности акцепторные состояния  то поверхность зарядиться [-].

            Несмотря на все выше указанные явления кристалл в целом остаётся заряжен нейтрально.

04.11.00

Пример                                                                     S-Surface

Пусть п/п (n-типа) с акцепторным уровнем Es на поверхности.

Es заполняется  е и поверхность заряжается

[-], а приповерхностная область соответственно обедняется  е  и заряжается  [+], таким образом образуется два слоя заряженных равно по величине но противоположно по значению, хотя в целом кристалл остаётся нейтрален. Из-за второго слоя возникает электрическое поле  ‘Е’, направленное к поверхности п/п, именно это поле вызывает изгиб энергетических зон в верх. Пусть величина изгиба     е f_s   . 

8.11.00

инверсия – обратная

В приповерхностном слое п/п может быть область обеднённая основными носителями заряда имеющая значение Ğ < чем в объёме кристалла (1), также возможно возникновения слоя с изменённым типом проводимости  кои называется  инверсионным слоем.

Вывод à  

При проектировании ПП и ИМ, а также при проведении восстановительных операций технологических процессов  необходимо учитывать влияния обработки или состояния поверхности, на электрофизические свойства будущего прибора.

Явления адсорбции на поверхность п/п.

В процессе изготовления любого ПП или ИМ поверхность исходного материала неизбежно соприкасается с внешней средой, что приводит к адсорбции поверхностью частиц в этой среде. Адсорбция частиц серьёзно влияет на электрофизические свойства поверхности и в частности на образования поверхностного заряда.

Поверхности веществ различны по химическому составу и качеству обработки. Поверхности имеют различную адсорбционную способность характеризуемую   концентрацией центров адсорбции и энергией связи адсорбированных частиц с центрами адсорбции.

            Центры адсорбции – дефекты поверхности кристалла причём свойства дефектов после адсорбированных частиц могут меняться, и тогда центрами адсорбции могут стать сами в недавнем  адсорбированные частицы.

Виды адсорбции.

1.Физическая адсорбция:

Адсорбированные частицы удерживаются на поверхности силами _˜ 0.01…0.1 эВ электрического притяжения.

            Объёмная адсорбция (химическая):

Адсорбированные частицы обмениваются свободными носителями заряда с поверхностными атомами, происходит химическое соединение частиц с твёрдым телом.1 эВ

  Прочная хемосорция изменяет заряд поверхности, кристалла степень хемосорции зависит от природы хемосорции частиц, степени заполнения частицами поверхности, положением уровня Ферми.

При смещении уровня Ферми к ВЗ, способность поверхности адсорбировать растёт.

            Положение Еf также влияет на величину поверхностного заряда вероятность возникновения прочной или слабой связи обратимость процесса адсорбции однако положение самого Ef на поверхности определяется периодом и количеством адсорбированных частиц, что указывает на взаимно связь всех выше перечисленных факторов.  

    Как правило хемосорция не обратима так как десорбция заряженных частиц мало вероятна а при образовании устойчивого химического соединения с поверхностью и вовсе не возможно.

            Пример1:

Адсорбция воды (процесс обратимый) центры адсорбции возникают на не заполненных связях поверхности атомов, а после заполнения связи центрами становятся сами молекулы воды, возможна обратимость как донорных так и акцепторных уровней.

Пример2:

Адсорбция кислорода (трудно обратима) образует на поверхности п/п акцепторные уровни за счёт эл. проводимости п/п   (n-типа)↓ а (p-типа)↑, очистка поверхности от адсорбированных атомов кислорода осуществляется, высоко температурным отжигом  благодаря чему с поверхности удаляется моно оксид.

17.11.00 Эффект поля.

Эффектом поля называется изменение проводимости п/п образца под действием эл. поля перпендикулярного (нормального) к поверхности. Для измерения эффекта поля  часто используются МДП структуры (Ме,д/э,п/п).   

1.затвор (Ме)

2.д/э

3.п/п

4.Оммический контакт исток

5.Оммический контакт сток

Экспериментально снимается зависимость проводимости образца от температуры. U приложенного к затвору, тогда индуцированный в п/п заряд Qинд=Сд/э Vд/э Подвижность носителей заряда определяют μ_эп=∆C/∆Qинд  Отношение приращения проводимости к полному индукционному заряду. 

            Физика работы: При приложении к затвору потенциалу в приповерхностной  области п/п происходит, в зависимости от f знака на затворе  один тип носителей оттесняется в глубь образца, вместе с тем притягивается другой тип носителей  заряда, в результате образуется приповерхностный слой с инверсным типом проводимости, величина его будет зависеть от потенциала, материала п/п и степени легирования. 

Применения: эффект поля применим при изготовлении МДП и полевых транзисторов.

201100            Магниторезистивный эффект (эффект Гаусса)

Суть эффекта – изменения сопротивления под действием М.П, по образцу п/п течёт Холловский ток.

l.

            В ограниченном  образце п/п Холловское поле компенсирует МП в результате чего носители движутся прямолинейно как бы не испытывая действия МП, однако сопротивление МП есть, так как Холовское поле сможет компенсировать магнитное только в отношении носителей движущихся со средней скоростью. Реально существующих п/п скорости носителей заряда различны, и (быстрые носители заряда скапливаются в одном из четырёх углов вторых по ходу внешнего тока, а (медленные)  соответственно в одном из восьми. Таким образом в клад в выходной ток быстрых и медленных носителей падает а сопротивление росстёт. 

21.11.00

Магниторезистивный эффект, чувствителен как к  форме образца так и к взаимному расположению и направлению линей магнитной индукции и тока проходящего через образец, учитывая форму и геометрические размеры образца.

Следует:

1.В не ограниченном образце (диске) ток имеет разделительный характер и  отклонения носителей заряда под действием магнитного поля, происходит в направлении перпендикулярном радиусу. Таким образом разделения и накопления зарядов не возникает  Холловсчкого поля нет.

2.В ограниченном прямоугольном образце имения магнита сопротивления существенно зависит от отношения длинны к ширине образца. Учитывая влияния взаимного расположения  факторов имеем:

Если:1. B | |  J

То проводимость п/п симметрично зонной структуре не меняется, то есть проводимость магнита сопротивления равна нулю.

Если:2.B ┴ J

То поперечное магнита сопротивление оно пропорционально квадрату индукции и квадрату поверхностного заряда количественной характеристикой служит коэффициент магнита сопротивления                           H = 1/B²=(ρ-ρ₀)/ρ₀

Вывод:

При моделировании и конструировании магнита резистивных приборов следует учитовать геометрические формы приборов и соотношение, направление сторон и силовых линий магнита индукции.

Спектр поглощения п/п, квантовый выход.

Собственное есть поглощение при коем  е  переходят из ВЗ в ЗП.

Примесное есть поглощение при коем  е  переходят с примесных уровней в ЗП либо из ВЗ на примесные уровни.

            Поглощённая энергия ∆I количество пропорционально интенсивности падающего на него излучения.

I= - Λ I ∆Х            ∆I/∆X= - ΛI

Спектр поглощения – есть зависимость “Λ” от длинны волны или  энергии падающего света.

Спекр поглащения состоит из областей собственного и примесного поглощения чётко ограничен красной границей фотоэффекта это есть минимальная энергия фотона кою может нести  е  п/п из ВЗ в ЗП, Переход  е  возможен с любых уровней ВЗ на любые уровни ЗП.

Область собственного поглощения имеет диапазон частот.

            В области приместного поглощения λ > λгр может быть несколько не сколько полос поглощения  основных полос возбуждения примеси.

Дополнительные области могут возникнуть из за переходов  е  с уровня на уровень образования не учтённых примесей и дефектов кристаллической решётки.

24.11.00          Квантовый выход

Процесс поглощения фототнов п/п характеризуется квантовым выходом, он равен отношению числа возбуждённых   е  к числу поглощённых фотонов. К= n% / N%

На практике К<1 Так как не каждый фотон падающий на п/п возбуждает  е.

            Собственное и примесное поглощение есть фотоактивные.

Фононное поглощение

Световая энергия поглощения тепловых колебаний превращается в фаноны.

Фонон – носитель кванта энергии колебания решётки.

            Экситонное поглощение количественно связанно с отрывом  е  от атома.

            При облучении п/п ультрафиолетом квантовый выход >1, в некоторых случаях  е  может отдавать свою энергию другому   не связанному   е.

Явление фото проводимости  в п/п

При освещении п/п в нём при определённых условиях в нём возможно перераспредиление  е  на энергитические состояние не устойчиво  е  отдаёт энергию кристаллу, это и называется фотоэффектом.

            Фотон как составная часть светового потока целиком отдаёт своё энергию  е  п/п.

Если энергия фотона равняется Е_ф h ν ≥ _∆E то возможен переход  е  из ВЗ в ЗП,    Еф → Ек

Механизм возникновения в п/п равновесных носителей заряда обоих знаков под действием опто возбуждения есть биполярная световая генерация.

Фото проводимость в примесных п/п.

В п/п (n-типа ) при энергии Еф = h ν ≥ Eс—Ед  возможен переход  е  с примесных уровней в ЗП. 

В п/п (р-типа ) при энергии Еф = h ν ≥ Eа—Еv  возможен переход  е  из ВЗ нв акцепторные уровни.

Возникновения в п/п под действием опто возбуждения нге равновесных носителей заряда есть моно полярная световая генерация. Изменение свойств проводимости п/п под действием опто излучения есть опто резистивный эффект.

Проводимость Ĝ п/п обусловленная опто возбуждением есть фото проводимость п/п, полную считают как

Ĝ=Ĝт+Ĝф

Ĝт- Темновая проводимость Ĝф- фото проводимость

27.11.00

Чем слабее поток света а следовательно и большую значимость буде иметь от обшей темновая проводимость,

 при этом большую энергию могут иметь фото носители ненжели равновесные носители и

следовательно переходят на болие высокие энергитические уровни в течении 10^-10—10^-12 фото

носители передают свою избыточную энергию кристаллической решётке и переходят на болие низкие

уропни ЗП

Подвижности не равновесных носителей заряда одинаковы.

Ĝ= е  [(n₀+∆n)μ_n+(p₀+∆p)μ_p]   

n₀,p₀-равновесные носители заряда

∆n,∆p- концентрация фото носителей

Пример

Имеется п/п пластина n₀ освешённая прямо угольным импульсом света, стандартное значение фото проводимости достижимо лишь через некий промежуток времени    ∆t   после фронта импульса света. Связано это с тем что под действием   света скорость генерации света возрастает     и одновременно увеличивается концентрация носителей заряда приводит к повышению скорости рекомбинации при постоянной интенсивности, скорость генерации постоянна, а посему через некий промежуток премени скорости генерации и рекомбинации сравняются. Наступит стационарная фото проводимость изменения КНЗ п/п при освещении п/п носит экспоненциальный характер.

По от ношению к времени жизни носителей заряда.

09.12.00          Люминисценция п/п

Это есть явления, при котором либо вещество поглощает энергию фотонов ионизирующего али иного излучения, либо под действием химичиких реакций переходят в возбуждённое состояния  после чего, возвращаясь в исходное состояния излучают полученную энергию в виде зримого света.

15.12.00          9.⁴⁷

10.⁰⁰

10.²⁴      Характерестические параметры люминесценции.

1. Интенсивности

2. Спекральный состав

3. Поляризация        

4. Когерентность

5. Длительность после свечения

            При людминесценции акты излучения и поглащения различны меж собой, и промежуточными процессами обеспечивающими после свечения.

Люминесценцию происходяшюю лишь в процессе возбуждения называют             флюрисценцией.

Люминафоры—  есть вещества способные люминисцировать, кристаллофлюрисцентные, флюрисцентные или просто фосфорные есть вещества  со временем высвечивания  <10^-8с

            Люминесценция как показывают эксперименты связанна с дефектами кристаллической решотки, что обясняет механизм этого явления с точки зрения зонной теории.

Процесс поглщения имеет три стадии.

I   Поглощение энергии кванта.

II  Перенос и накопление

III