Russian Subtitles for PV1x_2017_2.2.2_Doping-video



Subtitles / Closed Captions - Russian

В предыдущем видео, мы объяснили, что полупроводники не проводят электричество очень хорошо.

Один из способов, чтобы манипулировать электрическую проводимость в полупроводниках, чтобы манипулировать концентрации электрически заряженных носителей. Мы можем сделать это с помощью допинга. В этом видео, мы сначала ввести то, что легирование. Затем мы обсудим, как легирование изменения важных свойств материала в полупроводниках. Концентрацию носителей заряда в полупроводнике можно манипулировать с помощью легирования материал. Допинг означает, что мы добавляем примеси в управляемом

Путь к материалу. Давайте возьмем пример кремния. Кремний имеет четыре валентных электронов. В решетке кремния, каждый атом связан, ковалентно, с четырьмя другими атомами кремния. Мы можем считать, что решетки кремния и заменить небольшое количество кремния атомов с различными атомами. Это обычно делается с атомами двух различных элементов: бора и фосфора. Атом бора имеет три валентных электронов, в то время как атом фосфора имеет пять валентных электронов.

Когда бор используется в качестве легирующей добавки, в результате материал называется р-типа. Когда фосфор используется, мы называем это материала N-типа. Так что на самом деле происходит, когда мы подставим атомы кремния с этими примесями? Здесь вы можете увидеть схематическое изображение связи между атомами кремния и бора. Атом бора находится в середине этой диаграммы связан с четырьмя атомами кремния. Можно видеть, что три из атомов кремния имеют ковалентные связи с атомом бора.

Тем не менее, один из атомов кремния имеет забавную ищет связь с атомом бора. Это происходит потому, что акции атома бора только один валентный электрон. Эта связь отсутствует один электрон. Этот недостающий электрон обозначаются как дырка. На правой стороне этого слайда мы можем увидеть ситуацию с атомом фосфора. Четыре валентных электронов вида атомов фосфора четыре ковалентные связи с соседними атомы кремния. Поскольку атом фосфора имеет пять валентных электронов,

есть дополнительный электрон плавающий вокруг и не будучи вовлеченным в связи. То, что мы только что объяснили может быть лучше визуализировать с помощью двухмерной связи модель. Начнем сравнение внутренней и легированный полупроводников при нулевой Кельвина. Мы можем видеть, что в решетке п-типа полупроводника, есть «лишние» электроны, переносимые атомами фосфора. Аналогичным образом, решетка р-типа содержит дополнительные отверстия, переносимые атомы бора.

При повышении температуры, некоторые кремний-кремний связи могут сломаться и электроны освобождены от уз. Недостающие электроны в облигации представляют виртуальные частицы, которые мы называем отверстие. Так, разрыв связей приводит к образованию из электронно-дырочных пар. Эти электроны и дырки подвижны и могут перемещаться через материал. Же процесс разрыва связей также происходит если материал легированный. Однако в легированный материал тепловое возбуждение

также влияет на атомы легирующих. В п-типа материалов, дополнительные фосфор электронов нуждается в очень небольшое количество тепловой энергии, чтобы получить свободные от атома фосфора и стать мобильным. Таким образом, мы говорим, что атом фосфора «жертвует» свободные мобильные электроны в кристаллическую решетку кремния. По этой причине, фосфор также называется быть «донором». Если этот мобильный электрон покидает фосфор атом, атом фосфора становится положительно заряженным.

Это происходит потому, что в настоящее время имеет больше протонов, чем электроны. В р-типа материалов, электроны могут быть легко приняты атомами бора для заполнения отверстий и завершить ковалентную связь с атомом кремния. Мы называем Присадки как бора «акцепторы». Атом бора становится отрицательно заряженной так как это теперь принял дополнительный электрон. Мы говорим, что атомы бора отрицательно ионизированный. Ионизация атомов легирующей примеси может влиять на локально нейтральный заряд самой решетки.

Это происходит, когда операторы мобильной связи истощить область с фиксированными ионизированных атомов легирующей примеси Как следствие, решетка будет локально положительно заряженными в п-типа, в то время как в р-типа это будет отрицательно заряженными. Тем не менее, заряд нейтральность всего материала по-прежнему сохраняется. В предыдущем видео мы подчеркнуты взаимосвязь между энергией электрона и Состав и структура материала. Кроме того, мы также ввели энергию Ферми

Уровень и показал, что его положение зависит от эффективной плотности состояний в проводимости и валентной зоны. Поэтому можно ожидать, что при вставке атомы доноров и акцепторов, эти свойства будут затронуты. Давайте посмотрим, как это сделать. Давайте начнем с рассмотрения диаграмм группы из трех наших материалов. В предыдущих видео я показал вам зонную диаграмму из собственного полупроводника. Положение уровня Ферми, у меня есть

маркированы E_Fi здесь большое значение. E_Fi обозначает уровень Ферми внутреннего полупроводник. В полосе диаграммы материала п-типа, энергетический уровень обозначается как ED представляет энергию «лишних» электронов фосфора атомы, которые не участвуют в облигации. Уровень энергии этого слабо связанного электрона находится близко к зоне проводимости. После освобождения от атома, он получит энергия и занимает энергетический уровень в зоне проводимости.

Так как путем легирования мы увеличиваем число электронов с энергией в зоне проводимости в среднем энергия электронов будет увеличиваться. Это приведет к сдвигу уровня Ферми в направлении зоны проводимости. Я нарисовал свойственный уровень Ферми для справка, но реальный уровень Ферми E_F рисуется здесь в красном цвете. Вы можете видеть, что между внутренним уровнем Ферми и зоной проводимости и Чем больше мы легирование материала, тем ближе уровень Ферми будет в зону проводимости.

Если мы посмотрим на материале р-типа мы можем видеть подобный, но противоположный эффект. Теперь у нас есть энергетический уровень, обозначенный как E_a, которая занята электронами, которые приняты с образованием ковалентных связей. Так как в этом случае большинство электронов занимает Уровни энергии в или вблизи валентной зоны средней энергии электронов будет уменьшаться. Уровень Ферми смещается в сторону валентной зоны. Опять же, чем выше легирование акцепторных атомов, тем ближе уровень Ферми будет

в валентную зону. Перед тем, как двигаться вперед с некоторыми расчетами для определения концентрации подвижных носителей заряда, важно понять некоторые важная терминология. В полупроводниках часто различают большинство и неосновные носители. Как вы уже поняли, мы имеем дело с двумя типы носителей заряда в полупроводниках. Отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные дырки. В собственном полупроводнике мы имеем

такое же количество электронов и дырок. Однако с допингом мы манипулируем концентрацию только одного типа носителей заряда. Мы называем носителей концентрация которого является гораздо больше, чем у других носителей типа большинства. Эти отверстия в р-типа материалов и электронов в п-типа материалов. неосновные носители заряда являются носителями с гораздо более низкой концентрацией, чем большинство носители. Эти электроны в р-типа материалов

и отверстия в п-типа материалов. Концентрация легирующей примеси может быть селективно выбирается в зависимости от применения. Для кристаллического кремния, мы можем иметь три уровни легирования, низкой, средней и тяжелой, чьи диапазоны можно увидеть в этой картине. Для иллюстрации, когда мы берем умеренное легирование 10 до мощности 16 атомов легирующей примеси на кубический сантиметровым это означает, что мы заменили только один атом кремния из 1 млн кремния атомы. Для применения солнечных батарей, мы обычно

использовать слои с умеренной до высокой концентрации легирующей примеси. В этом видео мы смотрели на то, как допинг влияет некоторые из полупроводниковых свойств качественно. В следующем видео мы узнаем, как рассчитать концентрации носителей и положение уровней Ферми полупроводников в зависимости от их концентрации легирования.



Video Description

PV1x_2017_2.2.3_Doping-video.mp4