Materiály a technická dokumentace - UMEL - Vysoké učení ...

Materiály a technická dokumentace, část Materiály v elektrotechnice 93
4.5.3 Teplotní závislost koncentrace nosičů
Závislost koncentrace volných elektronů a děr na teplotě ve vlastním polovodiči je
znázorněna na obr. 4.13. Závislost koncentrace většinových nosičů na teplotě v příměsovém
polovodiči je vynesena na obr. 4.17.
Obr. 4.17 Závislost koncentrace elektronů v příměsovém polovodiči N typu na teplotě
pro dvě různé koncentrace donorů
V příměsovém polovodiči nastává od nejnižších teplot postupná ionizace příměsí,
koncentrace nosičů exponenciálně roste. Směrnice růstu v této oblasti teplot na obr. 4.17 je
úměrná ionizační energii příměsí.
Při určité teplotě jsou již všechny příměsi ionizovány (stav plné ionizace příměsí)
a koncentrace nosičů nabývá konstantní hodnoty. Teplota, při které dochází ke stavu plné
ionizace, se mění nejen s polovodičovým materiálem, ale i s koncentrací příměsí v něm.
Koncentrace nosičů začíná opět prudce růst při vyšších teplotách, kdy se i v příměsovém
polovodiči začíná uplatňovat mechanismus vlastního polovodiče. Příměsi jsou již vyčerpány a
koncentrace párů elektron díra, které jsou generovány mechanismem vlastního polovodiče,
převyšuje koncentraci příměsí. Směrnice růstu v této oblasti teplot na obr.4.17 je úměrná
šířce zakázaného pásu polovodiče.
Kontrolní otázky:
1) Vysvětlete pojem „stav plné ionizace příměsí“ a napište vztahy umožňující vypočíst
koncentraci většinových a menšinových nosičů ve stavu plné ionizace ze znalosti
koncentrace donorů a akceptorů.
2) Graficky znázorněte jak se mění poloha Fermiho hladiny v příměsovém polovodiči (např.
Si) v závislosti na rozdílu koncentrace donorů a akceptorů ve stavu plné ionizace příměsí.
3) Vysvětlete pojmy kompenzovaný polovodič a degenerovaný polovodič.
4) Graficky znázorněte jak se mění koncentrace nosičů v příměsovém polovodiči v závislosti
na teplotě v širokém teplotním rozsahu.
5) Mezi jakými náboji a za jakých podmínek se v polovodiči ustaví nábojová neutralita?
Shrnutí:
V kapitole je naznačen způsob stanovení koncentrace nosičů v příměsovém polovodiči
vycházející ze znalosti rozdělovací funkce a funkce hustoty stavů ve valenčním a vodivostním
pásu. Je uveden výpočet koncentrace nosičů ve stavu plné ionizace příměsí včetně určení
polohy Fermiho energetické hladiny. Je vysvětlena teplotní závislost koncentrace nosičů
v příměsovém polovodiči v širokém rozsahu teplot.