2. MATERIALE SEMICONDUCTOARE

Σχετικά έγγραφα
2. Conducţia electrică în solide. Purtători de sarcină

Cursul 7. Spaţii euclidiene. Produs scalar. Procedeul de ortogonalizare Gram-Schmidt. Baze ortonormate

9. CIRCUITE ELECTRICE IN REGIM NESINUSOIDAL

Pentru această problemă se consideră funcţia Lagrange asociată:

T R A I A N. Numere complexe în formă algebrică z a. Fie z, z a bi, Se numeşte partea reală a numărului complex z :

Sisteme cu partajare - continut. M / M /1 PS ( numar de utilizatori, 1 server, numar de pozitii pentru utilizatori)

Cu ajutorul noţiunii de corp se defineşte noţiunea de spaţiu vectorial (spaţiu liniar): Fie V o mulţime nevidă ( Ø) şi K,,

2. Metoda celor mai mici pătrate

2. Sisteme de ecuaţii neliniare

METODE DE ANALIZĂ STATISTICĂ A LEGĂTURILOR DINTRE FENOMENE

Procese stocastice (2) Fie un proces stocastic de parametru continuu si avand spatiul starilor discret. =

Sondajul statistic- II

CAPITOLUL I. PRELIMINARII Elemente de teoria mulţimilor

7. METODE TERMODINAMICE DE STUDIU

Aparate Electronice de Măsurare şi Control PRELEGEREA 9

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI TFACULTATE A DE EN ERGE BAZELE ELECTROENERGETICII

ELECTROTEHNICĂ ŞI ELECTRONICĂ

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

BILANT DE MATERIALE legii conservarii masei Gin = Gout consum specific Randamentul de produse finite pierderi de materiale Gin = Gout + Gp

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

ELEMENTE DE TEORIA PROBABILITĂŢILOR

Sisteme cu asteptare - continut. Modelul simplu de trafic

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

TEMA 3 - METODE NUMERICE PENTRU DESCRIEREA DATELOR STATISTICE

CAPITOLUL 2 SERII FOURIER. discontinuitate de prima speţă al funcţiei f dacă limitele laterale f ( x 0 există şi sunt finite.

1. NOŢIUNI DE FIZICA SEMICONDUCTOARELOR

Elemente de teorie a informaţiei. 1. Câte ceva despre informaţie la modul subiectiv

13. AMPLIFICATOARE LOGARITMICE

5.1. Noţiuni introductive

CURS 6 TERMODINAMICĂ ŞI FIZICĂ STATISTICĂ (continuare)

Curs 3. Spaţii vectoriale

COMBINATORICĂ. Mulţimile ordonate care se formează cu n elemente din n elemente date se numesc permutări. Pn Proprietăţi

a) (3p) Sa se calculeze XY A. b) (4p) Sa se calculeze determinantul si rangul matricei A. c) (3p) Sa se calculeze A.

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Olimpiada Naţională de Matematică Etapa locală Clasa a IX-a M 1

B( t B 11. NOŢIUNILE FUNDAMENTALE ŞI TEOREMELE GENERALE ALE DINAMICII Lucrul mecanic. y O j

TEMA 9: FUNCȚII DE MAI MULTE VARIABILE. Obiective:

Numere complexe. a numerelor complexe z b b arg z.

Evaluare : 1. Continuitatea funcţiilor definite pe diferite spaţii metrice. 2. Răspunsuri la problemele finale.

Ministerul Educaţiei Naționale Centrul Naţional de Evaluare şi Examinare

Teoria aşteptării- laborator

CAPITOLUL 2. Definiţia Se numeşte diviziune a intervalului [a, b] orice submulţime x [a, b] astfel încât

Curs 4 Serii de numere reale

Fizica atomului si moleculei

Productia (buc) Nr. Salariaţi Total 30

5.1 Realizarea filtrelor cu răspuns finit la impuls (RFI) Filtrul caracterizat prin: 5. STRUCTURI DE FILTRE NUMERICE. 5.1.

ECUATII NELINIARE PE R n. (2) sistemul (1) poate fi scris si sub forma ecuatiei vectoriale: ) D

Sunt variabile aleatoare care iau o infinitate numărabilă de valori. Diagrama unei variabile aleatoare discrete are forma... f. ,... pn.

Curs 10 TRANZISTOARE. TRANZISTOARE BIPOLARE

LUCRARE DE LABORATOR NR. 1 MASURARI IN INSTALATII TERMICE. PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE CARACTERISTICILE METROLOGICE ALE APARATELOR DE MASURA

MARCAREA REZISTOARELOR

Tabel Caracterizarea principalelor materiale utilizate la realizarea armăturilor [5,6]

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

III. TERMODINAMICA. 1. Sisteme termodinamice

CURS 10. Regresia liniară - aproximarea unei functii tabelate cu o functie analitica de gradul 1, prin metoda celor mai mici patrate

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Din această definiţie a probabilităţilor rezultă următoarele proprietăţi ale acestora:

Statisticǎ - curs 2. 1 Parametrii şi statistici ai tendinţei centrale 2. 2 Parametrii şi statistici ai dispersiei 5

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Noţiuni de verificare a ipotezelor statistice

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Capitolul 4 Amplificatoare elementare

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Tema 2. PRELUCRAREA REZULTATELOR EXPERIMENTALE

Integrala nedefinită (primitive)

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

METODE DE ESTIMARE A PARAMETRILOR UNEI REPARTIŢII. METODA VEROSIMILITĂŢII MAXIME. METODA MOMENTELOR.

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Statistica matematica

def def punctul ( x, y )0R 2 de coordonate x = b a

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

SUBGRUPURI CLASICE. 1. SUBGRUPURI recapitulare

ANALIZA STATISTICĂ A VARIABILITĂŢII (ÎMPRĂŞTIERII) VALORILOR INDIVIDUALE

Sub formă matriceală sistemul de restricţii poate fi scris ca:

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

METODA REFRACTOMETRICĂ DE ANALIZĂ


Capitolul 4 Amplificatoare cu tranzistoare

Analiza bivariata a datelor

riptografie şi Securitate

Formula lui Taylor Extremele funcţiilor de mai multe variabile Serii de numere cu termeni oarecare Serii cu termeni pozitivi. Criterii de convergenţă

Εμπορική αλληλογραφία Ηλεκτρονική Αλληλογραφία

3. INDICATORII STATISTICI

CARACTERISTICILE STATICE ALE TRANZISTORULUI BIPOLAR

Proprietatile descriptorilor statistici pentru serii univariate

Elemente de teoria probabilitatilor

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

Statistica descriptivă. Şef de Lucrări Dr. Mădălina Văleanu

Capitole fundamentale de algebra si analiza matematica 2012 Analiza matematica

UNIVERSITATEA "POLITEHNICA" DIN BUCUREŞTI DEPARTAMENTUL DE FIZICĂ LABORATORUL DE OPTICĂ BN B

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

Prof. univ. dr. Constantin ANGHELACHE Prof. univ. dr. Gabriela-Victoria ANGHELACHE Lector univ. dr. Florin Paul Costel LILEA

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

PRELEVAREA SI PRELUCRAREA DATELOR DE MASURARE

Transcript:

2. MATERIALE SEMICONDUCTOARE Materalele semcoductoare stau la baza realzăr de dsoztve electroce ş de crcute tegrate. Acestea se caracterzează r valor ale coductvtăţ electrce cursă î tervalul de valor σ= (10-6 - 10 5 ) Ω -1 m -1. Coductvtatea electrcă a semcoductoarelor este uterc deedetă de codţle exteroare (temeratură, câm electrc, câm magetc etc.) ş de structura teră a acestora (atura elemetelor chmce comoete, defecte, murtăţ etc.). La realzarea de dsoztve ş crcute electroce se oate folos uma o arte dtre materalele semcoductoare care îdelesc codţle de coductvtate. Pe lâgă aceste codţ materalele semcoductoare foloste î electrocă trebue să rezte legătur covalete ş o structură crstală erfectă. 2.1. Caracterstc ale materalelor semcoductoare Î categora materalelor semcoductoare ot f curse o sere de elemete chmce ş comuş a acestora. Petru realzarea de dsoztve electroce cele ma foloste materale semcoductoare au la bază elemetele chmce d grua a IV-a: germaul (Ge), slcu (S), d grua a VI-a: seleul (Se) ş u comuş bar a elemetelor d gruele III- V a sstemulu erodc: GaAs, ISb. Proretăţle materalelor semcoductoare sut drect legate de atura atomlor costtueţ ş de legăturle chmce dtre aceşta. Legătura tcă este legătura ur covaletă, îtâltă la crstalele atomce homoolare (cu u sgur t de atom) ale elemetelor tetravalete C, S, Ge, α-s. Petru celelalte materale semcoductoare legătura chmcă este hbrdă de t covalet - ocă. Materalele semcoductoare cu structur crstale secfce, cum sut: structura cubcă t damat (C, Ge, S, S), t bledă (S C, Ga Sb, Ga As, etc), t wurzt (ZS, ZSe, ZTe, CdS, etc) sut cele ma răsâdte materalele cu alcaţ î electrocă. 2.1.1. Structura materalelor semcoductoare. Coducţa electrcă Proretăţle materalelor semcoductoare sut determate de atura atomlor ş de legăturle chmce dtre aceşta. S-au elaborat modele crstalo - chmce ale legătur dtre atom substaţe semcoductoare. La semcoductor elemetar, costtuţ dtr-u sgur t de atom (mooatomc), se stableşte o legătură de t covalet r uerea î comu a electrolor de valeţă etru realzarea octetulu. Smbolzarea aceste legătur dtre atom vec se dcă î fgura 2.1. Legătura covaletă astfel realzată se suue regul octetulu: 8-N, ude N rereztă umărul de electro de valeţă a uu atom, ar 8-N dcă umărul de legătur a uu atom cu atom vec. (tabelul 2.1).

14 Tehologe electrocă Tabelul 2.1 N 8-N S 4 4 Ge 4 4 As 5 3 Se 6 2 S S S S Fg. 2.1 Smbolzarea legătur covalete la slcu (semcoductor mooatomc) S Materalele semcoductoare se utlzează etru realzarea dsoztvelor electroce care au la bază feomeul de coducţe comadată. Îtr-u semcoductor, curetul electrc este determat de electro de coducţe ş de golur, sarc geerate r mecasmul trsec (ruere de legătur) sau extrsec (atom de murtate). Imurtăţ actve: - dooare cu valeţa V: P, As, Sb, B; - accetoare cu valeţa III: B, Al, Ga, I. Î rezeţa uu câm electrc E sarcle electrce (electro ş golurle) sut accelerate, realzâdu-se rocesul de coducţe electrcă. Vteza mede ordoată a electrolor de coducţe ş a golurlor este determată de câmul electrc alcat. Aceasta rereztă vteză de drft care etru electro este v d : ar etru golur este v d : v v d d = µ E, (2.1) = µ E (2.2) Valorle mobltăţlor electrolor µ ş golurlor µ î uele crstale de materal semcoductor sut dcate î tabelul 2.2. Tabelul 2.2. Mobltăţle electrolor ş golurlor î uele materale semcoductoare Materal Ge S GaAs ISb GaSb CdS µ [m 2 /Vs] 0,390 0,19 0,85 0,78 0,40 0,030 µ [m 2 /Vs] 0,135 0,045 0,40 0,075 0,14 0,005 2.1.2. Semcoductor trsec Î rocesul de coducţe electrcă, î semcoductor trsec destatea curetulu electrc J este egală cu suma ître destatea de curet a electrolor ş a golurlor: ude : J = q v + q v (2.3) o o

Materale semcoductoare 15 este cocetraţa de electro de coducţe d bada de coducţe; este cocetraţa de golur d bada de valeţă; q o =e este sarca electrcă a electroulu, resectv, a golulu, 1,60 x 10-19 C; v, sut vtezele de drft med ale electrolor, resectv ale golurlor. v Coductvtatea electrcă σ este dată de suma dtre coductvtatea electrocă σ ş cea a golurlor σ : σ = σ + σ = e µ + eµ (2.4) Deoarece î semcoductoarele trsec r ruerea legăturlor atomce umărul electrolor lber este egal cu umărul golurlor, este valablă relaţa = =, cu care exresa (2.4) deve: σ = e µ + µ ). (2.5) ( Calculul cocetraţe electrolor d bada de coducţe ş a golurlor d bada de valeţă se face cu cosderarea teore cuatce, alcate la modelul bezlor eergetce î crstal. Astfel, cocetraţa de electro d bada de coducţe (BC) este dată de relaţa: WC WF = NC ex (2.6) kt ude: mărmea N C rereztă umărul efectv de stăr eergetce d BC, deedet de masa efectvă a electrolor ş de temeratură, ar W = WC WF este lăţmea tervalulu terzs Ferm (fg. 2.2). a) b) c) Fg. 2.2 Modelul bezlor eergetce al coducţe electrce î semcoductoarele trsec: a) la temeratura de 0K; b) la temeratur T 0K ş î abseţa câmulu electrc; c) formarea erechlor electro-gol î semcoductor Coform relaţe (2.6) arată că cocetraţa electrolor de coducţe creşte exoeţal cu temeratura ş scade exoeţal cu creşterea tervalulu Ferm. Cocetraţa de golur d bada de valeţă BV este: WV WF = NV ex, (2.7) kt

16 Tehologe electrocă ude N V rereztă umărul efectv de stăr d BV. Petru semcoductor trsec, cocetraţa de electro este umerc egală cu cea a golurlor: = =, (2.8) ude este cocetraţa trsecă de urtător de sarcă. Rezultă: = 2 = N V N C WC W ex kt V, (2.9) D această relaţe rezultă exresa cocetraţe de electro d BC ş golur d BV: = = = N V N C W ex. (2.10) 2kT Coform relaţe (2.10) cocetraţa trsecă de urtător de sarcă dede de lărgmea tervalulu terzs W ş de temeratură. Proretăţle semcoductoare ale crstalelor ure de slcul ş germau la temeratura de 300 K sut rezetate î tabelul 2.3. Tabelul 2.3. Uele roretăţ ale slculu ş germaulu ur la 300 K Proretăţ fzce Ge S GaAs Bada Ferm W [ev] 0,67 1,10 1,42 Mobltatea electroulu µ, [m 2 / (V s)] 0,39 0,135 0,85 Mobltatea golulu µ, [m 2 / (V s)] 0,19 0,048 0,040 Cocetraţa trsecă a urtătorlor de sarcă, [urtător/m 3 ] 2,4 x 10 19 1,45 x 10 16 1,8 x 10 12 Observaţ: - Mobltăţle electrolor sut îtotdeaua ma mar decât mobltăţle golurlor; de aceea dsoztvele semcoductoare la care urtător majortar sut electro ot fucţoa la frecveţe ma mar decât a celor la care urtător sut golur. - Petru slcul trsec mobltatea electrolor, de 0,135 m 2 /(V s), este de 2,81 or ma mare decât mobltatea golurlor, care este de 0,048 m 2 /(V s) la 300 K. - Petru GaAs trsec mobltatea electrolor, de 0,85 m 2 /(V s), este de 6,3 or ma mare decât mobltatea electrolor la slcu; - Raortul ître mobltatea electroulu ş a golulu la germaul trsec este 2,05 la 300 K.

Materale semcoductoare 17 Exemlu: Să se determe coductvtatea electrcă etru germau, slcu ş GaAs la temeratura echvaletă ue eerg termce de kt = 0,025 ev. Rezolvare: Valoarea coductvtăţ germaulu, coform relaţe (2.5) este: 19 1 σ = e ( µ + ) = (1,6 10 )(2,4 10 ) (0,39 + 0,19 ) = 2,64 Ω m µ 19 1 valoarea coductvtăţ slculu, coform aceleaş relaţe este:, σ 19 16 3 1 1 = e ( µ + µ ) = (1,6 10 )(1,45 10 ) (0,1350 + 0,045 ) = 0,42 10 Ω m, ar valoarea coductvtăţ la GaAs este: σ 19 12 6 1 1 = e ( µ + µ ) = (1,6 10 )(1,8 10 ) (0,850 + 0,040 ) = 1,42 10 Ω m Se observă că valoarea coductvtăţ trsec la Ge este de aroxmatv 10 3 or ma mare decât la S ş aroxmatv 10 6 ma mare decât la GaAs. 2.1.3. Semcoductor extrsec Semcoductor extrsec sut crstale de t soluţ solde foarte dluate î care o de substtuţe au valeţa dfertă de cea a reţele atomce a solvetulu. Deoarece coductvtatea electrcă a uu materal semcoductor extrsec dede î rmul râd de cocetraţa de murtăţ, rezultă că această roretate este cotrolablă ş stablă. Semcoductor extrsec se obţ r rocesele de murfcare a şarje la elaborarea materalulu semcoductor sau r rocesele de murfcare cotrolată: dfuze, mlatare ocă (ca.4). a) Coducţa extrsecă î semcoductoarele de t Semcoductoarele extrsec de t se obţ r murfcare cotrolată cu murtăţ dooare. Atom murtăţlor dooare au valeţa ma mare decât valeţa crstalulu de bază. La troducerea lor î crstal, aceste murtăţ vor forma o substtuţoal (ex. P, As, Sb, B) cedâd reţele crstalulu de bază uul sau ma mulţ electro. I acest caz, semcoductorul reztă î rcal o coducţe r electro, umtă coducţe extrsecă de t. I semcoductorul de S doat cu o murtate dooare de fosfor, atru d electro de valeţă a atomulu de fosfor vor cotrbu la formarea legăturlor covalete cu ce atru atom de slcu îvecaţ ar al cclea electro u artcă la

18 Tehologe electrocă formarea legătur covalete. I această stuaţe î crstal u exstă electro cvaslber ş legătur ecomesate (fg. 2.3). Deoarece rocesele de ozare sut ma tese decât rocesele de ruere de legătur covalete î crstalul de bază, î coducţa extrsecă se cosderă doar cocetraţa de electro roveţ r exctare termcă de la atom de murtate. Curetul electrc î rocesul de coducţe extrsecă d semcoductoarele de t este geerat de mşcarea ordoată a electrolor cvaslber roveţ de la atom de murtate. a) b) c) Fg. 2.3 Coducţa extrsecă de t (îtr-u crstal de slcu doat cu murtăţ dooare) î modelul bezlor eergetce: a) la temeratura de 0 K ş î abseţa câmulu electrc; b) la temeratura dfertă de 0 K ş î abseţa câmulu electrc; c) la temeratura dfertă de 0 K ş î rezeţa câmulu electrc Petru semcoductoarele de t, se aleg acele murtăţ care furzează velur dooare î aroerea velulu de jos al bez de coducţe. Astfel, eerga de actvare (de ozare) W d a murtăţlor dooare este mult ma mcă decât eerga de ozare a atomlor crstalulu de bază (care este eerga tervalul terzs Ferm): W = W W << W, (2.11) d c d ude: W d rereztă eerga velulu door al atomulu de murtate, ar W c este eerga velulu de jos al bez de coducţe. Î aceste codţ, o erturbaţe d exteror (temeratură, câm electrc etc.) cât de mcă determă exctarea electrolor de e velurle dooare î bada de coducţe BC. Dec, coducţa electrcă extrsecă de t se realzează r electro d bada de coducţe roveţ de e velurle dooare. Î tabelul 2.4 sut dcate velurle eergetce ale dferţlor atom de murtate, stuate î bada terzsă Ferm a crstalulu de germau ş slcu.

Materale semcoductoare 19 Tabelul 2.4 Eergle tervalelor dooare ş accetoare la murfcarea cotrolată a germaulu ş slculu Materal de la slcu ( W = 1.12 ev) la germau ( W = 0.67 ev) doare W d [ev] W a [ev] W d [ev] W a [ev] P 0,015 0,0120 As 0,049 0,0127 Sb 0,039 0,0096 B 0,045 0,0104 Al 0,057 0,0102 Ga 0,065 0,0108 I 0,160 0,0112 De obce velurle dooare sut stuate deasura jumătăţ bez terzse, ar cele accetoare sub jumătatea acestea. b) Coducţa electrcă î semcoductoarele de t Semcoductoarele extrsec de t se obţ r murfcare cotrolată cu murtăţ accetoare. Atom murtăţlor accetoare (ex. B, Al, Ga, I), avâd valeţa ma mcă decât valeţa crstalulu de bază, u reuşesc să satsfacă toate legăturle covalete ale crstalulu decât r ozare (catarea electroulu de valeţă). Coducţa electrcă de t extrsec î semcoductoarele doate cu murtăţ dooare se oate descre caltatv ş cattatv cu modelul bezlor de eerge î crstal. (fg.2.4). Fg. 2.4 Coducţa extrsecă de t (îtr-u crstal de slcu doat cu murtăţ accetoare) î modelul bezlor eergetce: a) la temeratura de 0 K ş î abseţa câmulu electrc; b) la temeratura dfertă de 0 K ş î abseţa câmulu electrc; c) la temeratura dfertă de 0 K ş î rezeţa câmulu electrc Structura bezlor eergetce u se modfcă, dar aar î lus velur eergetce î bada terzsă Ferm, velur care coresud stărlor locale ale atomlor de

20 Tehologe electrocă murtăţ accetoare. De obce se aleg acele murtăţ accetoare care geerează velur î aroerea velulu sueror al bez de valeţă. Astfel, eerga de actvare (de ozare) a murtăţlor accetoare W a este mult ma mcă decât eerga de ozare a atomlor crstalulu de bază: W = W W << W (2.12) a a v ude: W a rereztă eerga velulu accetor al atomulu de murtate, ar W v este eerga ultmulu vel d BV. Î aceste codţ, o erturbaţe cât de mcă d exteror (temeratură, câm electrc, radaţ etc.) va determa o creştere a cocetraţe de golur d bada de valeţa. Coducţa extrsecă de t se realzează r golurle d BV roduse r trecerea electrolor d BV e velurle accetoare ale olor de murtate. c) Exresa coductvtăţ electrce î semcoductoarele extrsec Petru u semcoductor extrsec la temeratur joase, coductvtatea trsecă este ractc ulă (σ 0), astfel că î exresa coductvtăţ tră doar cocetraţa de urtător majortar. Astfel: - etru semcoductoare de t : - σ e Dq0 = N µ ; - etru semcoductoare de t : - σ e A q0 (2.13) = N µ, (2.14) ude: N D este cocetraţa de murtăţ dooare (electro d BC) etru cazul semcoductoarelor de t, ar N A este cocetraţa de murtăţ accetoare (golur d BV) etru cazul semcoductoarelor de t. Exresa cocetraţe extrsece a electrolor d bada de coducţe etru semcoductoarele de t este: WC Wd = N ec ex (2.15) kt ude mărmea N C rereztă umărul de stăr eergetce dooare ozate, ar W = W W este eerga de actvare a murtăţlor dooare. d C d

Materale semcoductoare 21 Exresa cocetraţe extrsece a golurlor d bada de valeţă etru semcoductoarele de t este: Wa WV = N ev ex (2.16) kt ude: mărmea N V rereztă umărul de stăr eergetce accetoare ozate, ar Wa = Wa WV este eerga de actvare a murtăţlor accetoare. Îtr-u semcoductor de t, avâd o cocetraţe de atom door N D î îtregme ozaţ, rezultă = N D. Î mod asemăător îtr-u semcoductor de t avâd o cocetraţe de atom accetor N A, avem = N A,. Poteţalul Ferm V F î materalele semcoductoare extrsec este dat de relaţle: V F kt q A = l = l (2.17) N D kt q N duă cum semcoductorul este de t sau. 2.2. Jocţuea Exstă o mare dverstate de structur semcoductoare utlzate î costrucţa de dsoztve semcoductoare. Majortatea se bazează e feomeele care au loc î jocţule (fg. 2.5). 2.2.1. Procese de coducţe î jocţuea Î fgura 2.5.a este rezetat cazul uu sstem de două moocrstale S- ş S- care u sut î cotact. Î crstalul S-, la temeratură ormală atom de murtăţ dooare (atom de fosfor) erd electro de valeţă deved o egatv, fxaţ î reţeaua crstală. Î crstal exstă u umăr egal de electro cvaslber. Î crstalul S-, la temeratură ormală atom de murtăţ accetoare (atom de bor) rmesc de la atom reţele crstale de slcu electro, deved o oztv, fxaţ î reţeaua crstală. Î crstal exstă u umăr egal de legătur ecomesate, care coresud uor sarc echvalete oztve ce oartă umele de golur. Î fgura 2.5.b este rezetat cazul sstemulu de moocrstale S- ş S- î cotact. Î zoa de cotact electro ş golurle se recombă, astfel că î această zoă o de murtate creează u câm electrc mrmat de testate E 0. Acest câm acţoează asura celorlalţ electro lber ş golur îdeărtâdu- de zoa de cotact. Jocţuea astfel obţută va avea lărgmea l b0.

22 Tehologe electrocă a) b) Fg. 2.5 Modelul fzc al formăr jocţu - a) î abseţa cotactulu; b) la cotactul dtre moocrstalele de S- ş S- Efectul de coducţe udrecţoală care se obţe îtr-o jocţue - se oate exlca e baza teore bezlor eergetce (fg. 2.6). Proceselor de ozare a atomlor de murtate le coresud rezeţa electrolor î BC (etru S-) ş a golurlor î BV (etru S-). Nvelurle Ferm, otate î fgură cu W F ş W F au ozţ secfce. Î fgura 2.6.b este rezetată structurle bezlor eergetce etru cazul î care moocrstalele de S- ş S- sut use î cotact. Puerea î cotact echvalează cu egalarea eerglor Ferm, ceea ce determă o develare a structur bezlor, e o lărgme echvaletă cu lărgmea jocţu l b0. Develarea coresude cu varaţa de eerge W 0, care determă aarţa câmulu electrc mrmat de cotact. O jocţue abrută se obţe atuc câd cocetraţa dtr-u moocrstal semcoductor varază brusc de la valoarea de accetor N A la valoarea de door N D. Î cazul î care cocetraţle de murtăţ sut dferte (de exemlu: N D >> N A ) se obţe o jocţue abrută asmetrcă, smbolzată +. Îtr-o jocţue se află o zoă de trazţe, comlet goltă de urtător mobl, î care exstă uma reţeaua saţală a olor de murtate eeutralzaţ. Această zoă oartă umele de regue goltă sau regue de sarcă saţală. Codţa ca la echlbru (î lsa ue olarzăr exteroare) atât cureţ de electro cât ş de golur să fe ul, mue codţa ca velul Ferm să fe costat î lugul structur (W F = W F ). Ca urmare bezle de eerge se delasează aşa cum se dcă î fgura 2.6.b. Fg. 2.6 Modelul bezlor eergetce al formăr jocţu -: a) î abseţa cotactulu; b) la cotactul dtre moocrstalele de S- ş S-

Materale semcoductoare 23 Dfereţa de oteţal a jocţu V B, umtă ş bareră de oteţal, rezultă d dfereţa V F - V F ş are valoarea: V B kt N N D = l (2.18) q A 2 Lăţmea totală a regu de sarcă saţală a jocţu l B0 oate f calculată aşa cum se dcă î lucrarea [14] ş se obţe: l B0 2ε N + N N N s A D = ( ) q A D V B (2.19) ude: ε s rereztă ermtvtatea electrcă a materalulu semcoductor. Î cazul ue jocţu asmetrce, î care zoa slab doată are o cocetraţe de murtăţ N B, lăţmea regu de sarcă saţală deve: l B0 2ε s = VB (2.20) qn B Dacă e jocţue se alcă o tesue exteră, codţle de echlbru u ma sut satsfăcute ş aar modfcăr î fucţe de olartatea tesu alcate. La almetarea drectă (fg. 2.7.a) î jocţue se stableşte u câm electrc datorat olarzăr drecte, de testate E, care are sesul ous câmulu electrc mrmat de cotact de testate E 0. Câmul total, avâd testatea ma mcă face ca lărgmea jocţu să se mcşoreze de la l b0 la l bd. Ca urmare, î acest caz fluxurle de electro ş golur care străbat jocţuea au valor mar. Itestatea curetulu drect I d este semfcatvă (jocţuea are rezsteţă mcă). La almetarea versă (fg. 2.7.b) î jocţue se stableşte u câm electrc datorat olarzăr verse, de testate E, care are acelaş ses cu câmul electrc mrmat de cotact de testate E 0. Câmul total, avâd testatea ma mare, face ca lărgmea jocţu să se mărească de la l b0 la l b. Î acest caz fluxurle de electro ş golur care străbat jocţuea sut foarte mc. Itestatea curetulu vers I este mcă (jocţuea are rezsteţă mare). Î cazul uu câm electrc de testate mare este osblă străugerea electrcă a jocţu. d

24 Tehologe electrocă Fg. 2.7 Almetarea jocţu -: a) î ses drect; b) î ses vers Proretatea jocţu - de coducţe uolară, r care curetul la almetarea drectă este favorzat, ermte realzarea ue game varate de dsoztve electroce. 2.2.2 Caracterstc electrce ale jocţu a) Caracterstca tesue - curet La jocţuea datortă regu de sarcă saţală se obţe u curet de dfuze I df datorat urtătorlor majortar care reuşesc să treacă este barera teră de oteţal. Duă cum s-a arătat, la olarzarea drectă, barera de oteţal este mcşorată, ceea ce uşurează rocesul de dfuze a urtătorlor majortar dtr-o arte î cealaltă a jocţu. Probabltatea ca u urtător de sarcă să dfuzeze r jocţue kt creşte la olarzarea drectă cu factorul ( e ), ude U D este tesuea drectă alcată. Î mod aalog, la olarzarea versă cu tesuea U curetul de dfuze este mcşorat cu acelaş factor, dar ţâd seama de olartatea tesu verse acest qu kt deve ( e ). Curetul de drft este determat de urtător mortar roduş r geerare termcă care dfuzează r jocţue ş sut atreaţ de câm. Acest curet dede uma de rata de geerare a erechlor electro - gol, fd sesbl la îălţmea barere de oteţal ter. Acest curet este cuoscut ş sub umele de curet de geerare I ge. Curetul I rtr-o jocţue se oate scre sub forma: qu D qv I = I ge [ex ( ) 1] (2.21) kt

Materale semcoductoare 25 Dacă tesuea V= U d este oztvă, termeul exoeţal deăşeşte cu mult utatea ş curetul r jocţue creşte exoeţal cu tesuea drectă. Dacă V=-U este egatvă (olarzare versă), curetul vers este egal cu b) Caactatea jocţu I ge. Deoarece la zolarea structurlor ş la dsoztvele MOS jocţule sut olarzate vers, se vor face referr la caactatea jocţu î acest caz. Caactatea regu de sarcă saţală este deftă r C J =dq/dv J, ude dq rereztă varaţa de sarcă datorată ue varaţ dv J a tesu alcate. Pr îlocurea mărmlor care terv ş duă efectuarea calculelor se obţe: C J qε N ε = = (2.22) s B s 2( VF + VJ ) lb0 Pr aaloge cu codesatorul la, lăţmea regu de sarcă saţală coresude dstaţe dtre armăturle codesatorulu.