Введення
Фізика напівпровідників має велике значення в сучасному світі.Дослідження провідності різних математиків почали проводитися в XIX столітті. Вивчення властивостейнапівпровідників почалося, коли виникла потреба в нових джерелахенергії. На основі напівпровідників були створені нові прилади:термоелектрогенератори, сегнетоелектричні та фотоелектричні прилади.Напівпровідники мають велику область застосування. Крім радіотехніки на основінапівпровідників розроблені фотоелементи, фотодіоди, інтегральні схеми. Цевсі призвело до появи нових ЕОМ і ПК.
Видно, що протягом XIX-XX століть, фізика напівпровідників розвивається, напівпровідникивпроваджуються в розвиток радіотехніки та інші галузі. Ця тема актуальна напротягом двох століть. В даний час ця тема продовжує вивчатися.Зараз же вирішуються проблеми фізики напівпровідників, такі як: гетероструктурив напівпровідниках, квантові ями і точки, зарядові та спінові хвилі,мезоскопія, квантові явища в напівпровідникових системах, нанотрубки.
Ці проблеми обговорювалися 19 червня 2002 в ГАІШ на міжнароднійконференції В«Темна матерія, темна енергія і гравітаційна лінзуванняВ» В.Л. Гінзбургом.
Метою мого реферату є - вивчити дослідженнянапівпровідників на протязі з XIX до теперішнього часу.
Завдання:
1.Показати внесок видатних діячів у вивчення властивостейнапівпровідників і розкрити основний становища їхніх робіт.
2.Розкрити основні проблеми фізики напівпровідників в данийчас.
3.Показати область застосування напівпровідників та їх розвиток
1. Поняття про напівпровідниках
Напівпровідники як особливий клас речовин, буливідомі ще з кінця XIX століття, тільки розвиток теорії твердого тіладозволила зрозуміти їх особливість задовго до цього були виявлені:
1. ефект випрямлення струму на контактіметал-напівпровідник
2. фотопровідність
Властивості напівпровідників
Напівпровідники - широкий клас речовин,характеризується значеннями питомої електропровідності d, що лежить у діапазоні міжпитомою електропровідністю металів і хороших діелектриків, тобто ціречовини не можуть бути віднесені як до діелектриків (так як не єхорошими ізоляторами), так і до металів (не є хорошими провідникамиелектричного струму). До напівпровідників, наприклад, відносять такі речовини якгерманій, кремній, селен, телур, а також деякі оксиди, сульфіди і сплавиметалів.
Напівпровідники довгий час не привертали особливоїуваги вчених та інженерів. Одним із перших почав систематичні дослідженняфізичних властивостей напівпровідників видатний радянський фізик Абрам ФедоровичІоффе. Він з'ясував що напівпровідники - особливий клас кристалів з багатьмачудовими властивостями:
1) З підвищенням температури питомийопір напівпровідників зменшується, на відміну від металів, у якихпитомий опір з підвищенням температури збільшується. Причому якправило в широкому інтервалі температур зростання це відбуваєтьсяекспоненціонально.
Питомий опір напівпровідниковихкристалів може також зменшаться при впливі світла або сильних електроннихполів.
2) Властивість односторонньої провідності контактудвох напівпровідників. Саме ця властивість використовується при створеннірізноманітних напівпровідникових приладів: діодів, транзисторів, тиристорів іін
3) Контакти різних напівпровідників в певних умовах приосвітленні або нагріванні є джерелами фото - е.. д. з. або,відповідно, термо - е. д. з.
Будова напівпровідників і принцип їх дії.
Як було вже сказано, напівпровідники являють собою особливийклас кристалів. Валентні електрони утворюють правильні ковалентні зв'язки,схематично представлені на рис. 1. Такий ідеальний напівпровідникабсолютно не проводить електричного струму (при відсутності освітлення і радіаційногоопромінення).
Так само як і в непроводнікі електрони в напівпровідниках пов'язані затомами, проте дана зв'язок дуже нетривка. При підвищенні температури
(T> 0 K), освітленні або опроміненні електронні зв'язку можуть розриватися,що призведе до відриву електрона від атома (рис. 2). Такий електрон єносієм струму. Чим вище температура напівпровідника, тим вище концентраціяелектронів провідності, отже, тим менше питомий опір.Таким чином, зменшення опору напівпровідників при нагріванніобумовлено збільшенням концентрації носіїв струму в ньому.
На відміну від провідників носіями струму в напівпровідниковихречовинах можуть бути не тільки електрони, а й В«діркиВ». При втраті електронаодним з атомів напівпровідника на його орбіті залишається пусте місце - В«діркаВ»при впливі електричним поле на кристал В«діркаВ» як позитивний зарядпереміщується у бік вектора E, що фактично відбувається завдяки розриву одних зв'язків івідновлення інших. В«ДіркуВ» умовно можна вважати частинкою, несучоїпозитивний заряд.
Домішкова провідність .
Один і той же напівпровідник володіє або електронної , або діркової провідністю - це залежить від хімічного складу введенихдомішок. Домішки роблять сильний вплив на електропровідністьнапівпровідників.
Так, наприклад, тисячні частки відсотків домішок можуть у сотнітисяч разів зменшити їх опір. Цей факт, з одного боку, вказує наможливість зміна властивостей напівпровідників, з іншого боку, вінсвідчить про труднощі технології при виготовленні напівпровідниковихматеріалів із заданими характеристиками.
Розглядаючи механізм впливу домішок на електропровідністьнапівпровідників, слід розглядати два випадки:
Електронна провідність .
Добавка в германій домішок, багатих електронами, наприклад миш'якуабо сурми, дозволяє отримати напівпровідник з електронною провідністю або напівпровідник n - типу (від латинського слова В«негатівусВ» -В«НегативнийВ»).
Діркова провідність
Добавка в той же германій алюмінію, галію або індію створює вкристалі надлишок дірок. Тоді напівпровідник буде володіти дірковоїпровідністю - напівпровідник p - типу.
Діркова домішкова електропровідність создется атомами маютьменшу кількість валентних електронів, ніж основні атоми. На рис. 4схематично показані електронні зв'язку германію з домішкою бору. При 0 До всізв'язку укомплектовані, тільки у бору не вистачає одного зв'язку (див рис. 4а).Однак при підвищенні температури бор може наситити свої зв'язки за рахунокелектронів сусідніх атомів (див рис. 4б).
Подібні домішки називаються акцепторними.
2. Рідкі напівпровідники
Плавлення багатьох кристалічних напівпровідників супроводжуєтьсярізким збільшенням їх електропровідності Q до значень типових для металів (смрис. 5а). Однак для ряду напівпровідників (наприклад HgSe, HgTe та. Т.д.) характернозбереження або зменшення Q при плавленні і збереження напівпровідниками характерутемпературної залежності Q (див рис. 5б). Деякі Рідкі напівпровідники при подальшомупідвищенні температури втрачають напівпровідникові властивості і набуваютьметалеві (наприклад, сплави Te - Se, ботатие Te). Сплави ж Te - Se, багаті Se поводяться інакше, їх електропровідність має чистонапівпровідниковий характер.
У Жидких напівпровідниках роль забороненої зони грає областьенергії поблизу мінімуму щільності станів в енергетичному спектріелектронів.
При досить глибокому мінімумі в його околиці з'являється зонамайже локалізованих станів носіїв зарядів з малою рухливістю(Псевдощель). Якщо при підвищенні температури відбувається В«схлопуванняВ»псевдощелей, рідкий напівпровідник перетворюється в метал.
3. Поняття про активні діелектриках
Активні діелектрики
Активними діелектриками, або керованими діелектриками, прийнятоназивати такі діелектрики, властивості яких істотно залежать від зовнішніхумов - температури, тиску, ...
