Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - Sidor ...
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Elektroteknik
åt som ett litet antal positiva elektroner, som
befolkar ett annars tomt positivt energiband (där energien
växer nedåt i bandet). Man talar om ledning genom
positiva hål, eller hålledning.
Den ringa koncentrationen av laddningsbärare i
halvledarna gör dem mycket känsliga för små
inblandningar. Medan kopparn har ungefär en
ledningselektron per atom, går det i oxidulen en
partikel på en milliard eller en billion atomer! Fördelar
man nu 0,001 % andra atomer i oxidulen, så räcker
det att var 10 000:de av dessa släpper till en partikel
genom dissociation, för att halvledaren skall se sin
bärarkår fördubblad. Inblandningen behöver inte
bestå av främmande atomer. Inre gränsytor eller
deformationer, överhuvud taget gitterfel, göra ofta
samma tjänst. Både selens och kopparoxidul
ledningsförmåga domineras av inblandningar.
Inblandningen medför en nivå- och
befolkningsförskjutning i halvledaren, som principiellt kan vara av
två olika slag, åskådliggjorda i fig. 3, där metallen till
jämförelse medtagits längst till vänster. Schemat
gäller det inre av halvledaren, där varje liten volym
är neutral, och förutsättningen är fullständig
temperaturjämvikt mellan alla olika material, så att det
totalt inte går någon ström från en del till en annan.
Detta innebär, att varje nivå på en given höjd
måste vara befolkad i precis lika hög grad, var den
än förekommer: i metallen, i den rena halvledaren
eller i halvledaren efter inblandning. Överst till
höger ser man, hur en elektrongivande tillsats ger sitt
bidrag av nya nivåer i den ursprungliga luckan. En
del elektroner, som höllo till i dessa medan tillsatsen
var neutral, doneras till ledningsområdet högre upp
och det blir litet vakanser i de nya nivåerna.
Temperaturjämvikten fordrar, att hela nivåschemat
samtidigt förskjutes nedåt, relativt den rena
halvledarens. Orsaken är inte svår att förstå. En
inblandning, som på detta sätt delvis dissocieras i en elektron
och en positiv jon, är ju blott ett extremt fall av en
polariserbar inblandning med hög
dielektricitetskonstant. Skjuter man in detta dielektrikum mellan
den rena halvledarens laddningar, så sjunker ju
deras potentiella energi, alldeles som då det gäller en
laddad luftkondensator. — Är inblandningen i stället
elektronfångande såsom syre i kopparoxidul — den
undre bildserien — blir det också ett tillskott av
nivåer. Belagda motsvara de den negativa jonen av
inblandningen, och de äro alltså tomma så länge
inblandningen håller sig neutral. De förse sig
emellertid i stor utsträckning med elektroner från
halvledaren, vars ursprungliga nivåer därigenom få sin
befolkning minskad. Så kan en ökad hålledning
uppkomma, såsom figuren antyder. Samtidigt måste
nivåsystemet för elektronerna erfara en förskjutning
uppåt — vilket för de positiva hålen betyder minskad
energi. De mer eller mindre starkt befolkade
nytillkomna nivåerna deltaga i regel inte nämnvärt i
ledningen, då partiklarna i sådana främmande nivåer få
en abnormt hög tröghet.
Trots de här antydda komplikationerna äro
partiklarna i halvledare i vissa avseenden lättare att
behandla teoretiskt än metallelektronerna. Detta
sammanhänger med att koncentrationerna äro så låga,
att laddningsbärarna med god noggrannhet kunna
hanteras som en klassisk partikelgas.2 — I
fortsättningen betraktas endast ledningstypen med elektro-
W°eV
V
Fig. 4.
ner i nästan tomma nivåområden. Den andra typen,
hålledning, kan ju formellt behandlas på samma sätt,
med en teckenförändring.
Potentialbergsteori och skiktkapacitans.
År 1932 utvecklade Nordheim3 i Tyskland och A.
II. Wilson4 i England en teori för spärrskiktet, som
illustreras av fig. 4. I nivåschemat för kontaktens
båda parter i den övre bilden har
elektronfördelningen, avsatt i horisontell led åt ömse sidor om
kontaktvertikalen och markerad genom streckning, fått ånge
strömtätheten av högerriktade partiklar från
metallsidan och av vänsterriktade från halvledarsidan för
varje värde av energien i rörelsen vinkelrätt mot
kontaktytan. Själva kontakten betraktas som ett
smalt, och för enkelhets skull platt potentialberg.
Elektroner med otillräcklig energi för själva toppen
ha enligt kvantmekaniken likväl en god chans att
passera, "genomtränga", ett sådant hinder, blott de
inte göra försöket för djupt ned och där berget är
tjockt. I termisk jämvikt är totalströmmen noll, det
går lika många partiklar i vardera riktningen genom
kontakten, fördelningsytorna ovanför gränsnivån W1
äro lika stora. Metallelektroner med energi under
denna nivå måste totalreflekteras vid kontakten. De
båda undre bilderna visa förhållandena vid pålagd
spänning av en viss storlek. Till vänster är dess
tecken sådant, att spänningen vill driva partiklarna
från metallen mot halvledaren, till höger är
riktningen den motsatta. Totalströmmen mätes i varje fall
av skillnaden mellan de båda fördelningsytorna,
förutsatt att berget inte avvisar någon nämnvärd
bråkdel av ifrågavarande partikelströmmar. I det
högra fallet blir strömmen mycket mindre, och
man ser, att denna spärrverkan sammanhänger med
bandluckan i halvledaren, området under Wv där det
saknas nivåer och därmed elektroner. Berget får
varken vara högt eller tjockt, annars blir det bara en
försvinnande bråkdel av de lägre elektronerna i över-
Metall
Halvledare
Jämvikt
7 febr. 1942
27
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
