المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر


Equilibrium Distribution of Electrons and Holes  
  
1591   01:05 مساءً   date: 20-5-2017
Author : Donald A. Neamen
Book or Source : Semiconductor Physics and Devices
Page and Part : p 121


Read More
Date: 24-5-2016 1117
Date: 17-5-2017 2785
Date: 20-5-2017 1380

Equilibrium Distribution of Electrons and Holes

Adding donor or acceptor impurity atoms to a semiconductor will change the distribution of electrons and holes in the material. Since the Fermi energy is related to the distribution function, the Fermi energy will change as dopant atoms are added. If the Fermi energy changes from near the midgap value, the density of electrons in the conduction band and the density of holes in the valence hand will change. These effects are shown in Figures 1.1 and 1.2. Figure 1.1 shows the case for EF > EFi and Figure 1.2 shows the case for EF < EFi. When EF > EFi, the electron concentration is larger than the hole concentration, and when EF < EFi, the hole concentration

Figure 1.1 Density of states functions. Fermi-Dirac probability function, and areas representing electron and hole concentrations for the case when EF is above the intrinsic Fermi energy.

Figure 1.2 Density of states functions, Fermi-Dirac probability function, and areas representing electron and hole concentrations for the case when EF is below the intrinsic Fermi energy.

is larger than the electron concentration. When the density of electrons 1s greater than the density of holes, the semiconductor is n type; donor impurity atom have been added. When the density of holes is greater than the density of electrons, the semiconductor is p type; acceptor impurity atoms have been added. The Fermi energy level in a semiconductor changes as the electron and hole concentrations change and, again, the Fermi energy changes as donor or acceptor impurities are added.

The expressions previously derived for the thermal-equilibrium concentration of electrons and holes, for n0 and p0 in terms of the Fermi energy. These equations are again given as

and

As we just discussed, the Fermi energy may vary through the handgap energy, which will then change the values of n0 and p0.

In this example, since n0 > p0, the semiconductor is n type. In an n-type semiconductor, electrons are referred to as the majority carrier and holes as the minority carrier. By comparing the relative values of n0 and p0 in the example, it is easy to see how this designation came about. Similarly, in a p-type semiconductor where p0 > n0, holes are the majority carrier and electrons are the minority carrier.

We may derive another form of the equations for the thermal-equilibrium concentrations of electrons and holes. We can write

(1a)

or

(1b)

The intrinsic carrier concentration is given by

so that the thermal-equilibrium electron concentration can be written as

(2)

Similarly, if we add and subtract an intrinsic Fermi energy in the exponent, we will obtain

(3)

As we will see, the Fermi level changes when donors and acceptors are added, but Equations (2) and (3) show that, as the Fermi level changes from the intrinsic Fermi level, n0 and p0 change from the ni value. If EF > EFi then we will have n0 > ni and p0 < ni. One characteristic of an n-type semiconductor is that EF > EFi so that n0 > p0. Similarly, in a p type semiconductor, EF < EFi SO that p0 > ni, an n0 < ni; thus p0 > n0.

We can see the functional dependence of n0 and p0 with EF in Figures 1.1 and 1.2. As EF moves above or below EFi , the overlapping probability function with the

density of states functions in the conduction band and valence band changes. As EF moves above EFi, the probability function in the conduction band increases, while'

the probability, 1 - fF(E), of an empty state (hole) in the valence band decreases. As EF moves below EFi , the opposite occurs.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.