Elektrony i Dziury W Półprzewodnikach W.SHOCKLEY

stan dobry, stemple biblioteczne, przybrudzenia

PWN 1956

SPIS TREŚCI :

Oznaczenia ..................................................................... 33


Część I
WSTĘP DO ELEKTRONIKI TRANZISTOROWEJ

Rozdział 1 WŁASNOŚCI OBJĘTOŚCIOWE PÓŁPRZEWODNIKÓW
1.1 Elektrony nadmiarowe i dziury jako nośniki prądu............................. 18
1.2 Półprzewodniki domieszkowe; donory i akceptory ............................... 25
1.3 Interpretacja wielkości występujących w zjawisku przewodnictwa i zjawisku Halla 29

Rozdział 2 TRANZISTOR JAKO ELEMENT UKŁADU WZMACNIAJĄCEGO
2.1 Wcześniejsze od tranzistora pomysły wzmocnienia przy pomocy elementów półprzewodnikowych .......... 41
2.1a. Wstęp ................................................................ 41
2.1b. Modulacja przewodnictwa przy pomocy nabojów powierzchniowych.......... 43
2.1c. Teoria stanów powierzchniowych Bardeena ................................ 44
2.2 Tranzistor typu A........................................................... 48
2.2a. Odkrycie tranzistora typu A i jego wygląd zewnętrzny ..................... 48
2.2b. Charakterystyki statyczne ............................................... 50
2.2c. Obwód zastępczy ...................................................... 51
2.2d. Szumy ................................................................ 59
Zadania ................................................................ 63

Rozdział 3 BADANIA ILOŚCIOWE ZJAWISKA WSTRZYKIWANIA DZIUR I ELEKTRONÓW
3.1 Wstrzykiwanie nośników do germanu .......................................... 67
3.1a. Wstęp................................................................. 67
3.1b. Pomiar gęstości i prądu wstrzykniętych nośników......................... 68
3.1c. Wpływ gęstości dziurowej na styki punktowe ............................. 78
3.Id. Badania zjawisk przejściowych ........................................... 80
3.2 Magnetyczna koncentracja elektronów i dziur, zjawisko Suhla .................... 84

Rozdział 4 FIZYCZNA TEORIA TRANZISTORÓW
4.1 Teoria tranzistorów nitkowych ................................................ 90
4.1a. Obwód zastępczy....................................................... 90
4.1b. Źródło dodatniego sprzężenia zwrotnego i niestabilności .................... 94
4.1c. Zjawiska związane Z czasem przelotu ..................................... 96
4.2 • Łączenia p-n i tranzistory p-n ............................................... 98
4.2a. Właściwości prądu w łączeniach p-n .................................... 98
4.2b. Tranzistor p-n ........................................................ 104
4.3 Istota kontaktów metal-półprzewodnik ......................................... 108
4.4 Teoria tranzistora typu A .................................................... 114
4.4a. Zależność między obrazem fizycznym i obwodem zastępczym ................. 114
4.4b. Zjawiska związane Z czasem przelotu ..................................... 118
4.5 Teoria „formowania" i dużych wartości a..................................... 120
4.5a. Proces formowania ..................................................... 120
4.5b. Interpretacja dużych wartości a ......................................... 123
4.6 Fototranzistory i liczniki ..................................................... 126
Zadania ................................................................ 127


Część II
TEORIA PÓŁPRZEWODNIKÓW W UJĘCIU OPISOWYM

Rozdział 5 STANY KWANTOWE, PASMA ENERGETYCZNE I STREFY BRILLOUINA
5.1 Wstęp do rozdziałów 5, 6 i 7 ................................................ 129
5.2 Stany kwantowe, spin i zasada Pauliego .......................................132
5.2a. Charakter rozwiązań równań falowych .................................... 132
5.2b. Spin i stany kwantowe ................................................ 135
. 5.2c. Zasada Pauliego........................................................ 136
5.3 , Stany kwantowe i pasma energetyczne w kryształach ...........................139
5.4 Funkcje falowe Blocha w periodycznym polu potencjału ........................144
5.5 Strefy Brillouina i pseudo-pęd jako liczba kwantowa ...........................152
5.6» Pasma energetyczne metali, izolatorów i półprzewodników ......................163

Rozdział 6 PRĘDKOŚCI ELEKTRONÓW I PRĄDY ELEKTRONOWE W KRYSZTAŁACH
6.1 Pojęcie prędkości i prądu .................................................... 165
6.2 Wektor Umowa — Poyntinga lub metoda przepływu gęstości .................... 167
6.3 Paczki falowe i prędkość grupowa............................................ 170
6.4 Prędkości stanów kwantowych w strefach Brillouina ............................ 171

Rozdział 7 ELEKTRONY I DZIURY W POLU ELEKTRYCZNYM I MAGNETYCZNYM
7.1 Efekt przyłożenia siły P = F ................................................. 175
7.2 Twierdzenie o zachowaniu stanów kwantowych ................................. 178
7.3 Zasada zachowania energii w przypadku pola elektrycznego ...................... 178
7.4 Wpływ pola magnetycznego .................................................. 180
7.5 Własności elektronu nadmiarowego: masa efektywna i przegrupowanie strefy Brillouina .........181
7.6 Własności dziury ........................................................... 186
7.7 Streszczenie ................................................................ 191
7.8 Powiązanie mechaniki kwantowej i klasycznej .................................. 193
Zadania ............................................................... 194

Rozdział 8 WSTĘP DO TEORII PRZEWODNICTWA I ZJAWISKA HALLA
8.1 Wstęp...................................................................... 196
8.2 Procesy przypadkowe i prawdopodobieństwo przejść............................. 198
8.3 Średni czas swobodny .......................................................201
8.4 Ujęcie średniej prędkości, ruchliwości i przewodnictwa przy pomocy stref Brillouina 205
8.5 Prędkość przesunięcia, ruchliwość i przewodnictwo w ujęciu korpuskularnym .....210
8.6 Zjawisko Halla w ujęciu korpuskularnym .....................................214
8.7 Ujęcie ruchliwości Halla, przesunięcia oraz ruchliwości mikroskopowej przy pomocy stref Brillouina ..............................................................216
8.8 Pomiar zjawiska Halla. Jednostki praktyczne i układ MKS.....................221
8.9 Pewne przekształcenia wzoru wyrażającego zjawisko Halla .....................226
Rozdział 9 ENERGETYCZNY ROZKŁAD STANÓW KWANTOWYCH
9.1 Schematy poziomów energetycznych dla czystych kryształów ....................231
9.2 Poziomy energetyczne powstałe na skutek domieszek. Poziomy donorowe i akceptorowe .......................................................................234
Zadania ...............................................................240

Rozdział 10
STATYSTYKA FERMIEGO-DIRACA W ZASTOSOWANIU DO PÓŁPRZEWODNIKÓW
10.1 Funkcja rozkładu Fermiego — Diraca ......................................... 241
10.2 -Statystyka Fermiego —Diraca zastosowana do prostego modelu.................. 246
10.3 *Statystyka Fermiego —Diraca dla półprzewodnika ..............................248
10.4 Zastosowanie w temperaturach pokojowych....................................257

Rozdział 11 MATEMATYCZNA TEORIA PRZEWODNICTWA I ZJAWISKA HALLA
11.1 Wstęp....................................................................262
11.2 Czas relaksacji ............................................................. 263
11.3 Przejścia na skutek pobudzenia termicznego i rozproszenia na domieszkach ...........270
11.3a. Rozproszenie ni jonach. Wzór Conwella—Weisskopfa .....................271
11.3b. Rozproszenie przez pobudzenie termiczne. Wzór na potencjał deformacyjny .. 276
11.4 Średnia ruchliwość, średni czas swobodny i stała Halla .......................282
11.4a. Półprzewodniki nie zdegenerowane .......................................286
11.4b. Wypadek ogólny....................................................... 292
11.4c. Metale i półprzewodniki zdegenerowane..................................292
11.5 Porównanie z doświadczeniem ...............................................295
Zadania...............................................................303

Rozdział 12 ZASTOSOWANIE DO ELEKTRONIKI TRANZISTORÓW
12.1 Wstęp..................................................................... 307
12.2 Zapis, równanie ciągłości, stosowanie q zamiast e ..............................308
12.3 Zależność Einsteina pomiędzy ruchliwością a stałą dyfuzji .....................311
12.4 Schematy pasm energetycznych, potencjał elektrostatyczny i poziomy quasi-fermiowskie .................................................................. 313
12.5 Teoria łączenia typu p-n ...................................................320
12.6 Czas życia w niciach, efekt Suhla............................................329
12.6a. Wstęp...............................................................329
12.6b. Równanie ciągłości i warunki graniczne.................................331
12.6c. Efekt Suhla.......................................................... 336
12.7 Rozwiązanie Herringa w przypadku dużej gęstości wstrzykniętych nośników .....339
12.8 Energie krawędzi pasm ćlP, Cin, ig w funkcji objętości.......................344
12.9 Ruchliwość przesunięcia i ruchliwość Halla....................................347
12.10 Teoria szumu .............................................................352
12.11 Końcowe wnioski........................................................... 356
Zadania ................................................................360


CZĘŚĆ III
PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

Rozdział 13 WSTĘP DO CZĘŚCI III 366

Rozdział 14 ELEMENTY MECHANIKI KWANTOWEJ. ANALOGIE Z TEORII OBWODÓW
14.1 O istocie stosowanej teorii matematycznej .....................................369
14.2 Teoria matematyczna linii przesyłowej bez strat...............................373
14.3 Równanie SchrGdingera ..................................................... 376
14.4 Metody operatorowe ........................................................384 .
14.5 Funkcje własne energii ....................................................388
14.6 Rozwiązania dla prostego „atomu". Analogia do linii przesyłowej.................391
14.7 Rozwiązania dla prostego „kryształu". Analogia do linii przesyłowej ............397
14.8 Funkcje Blocha dla trzech wymiarów ...........................................407
Zadania................................................................... 414

Rozdział 15
TEORIA ELEKTRONOWYCH I DZIUROWYCH PRĘDKOŚCI PRZYSPIESZEŃ ORAZ PRĄDÓW
15.1 Prędkość grupowa paczki falowej........................................... 419
15.2 Zastosowanie do fal elektronowych...........................................420
15.3 Analogia do teorii obwodów .............................................421
15.4-Prąd prawdopodobieństwa oraz prąd odpowiadający funkcjom falowym Blocha.... 424
15.5 Niektóre ogólne kwantowomechaniczne własności paczek falowych ................427
15.6 Przyspieszenie elektronowej paczki falowej w polu elektrycznym i magnetycznym 434
15.7 Zasada Pauliego i anty symetryczne funkcje falowe .............................446
15.8 Konstrukcja i zachowanie się dziurowej paczki falowej .........................452
15.9 Warunki brzegowe periodyczności i pola elektryczne ...........................458

Rozdział 16 MECHANIKA STATYSTYCZNA W ZASTOSOWANIU DO PÓŁPRZEWODNIKÓW
16.1 Wyprowadzenie praw rozkładu dla prostych systemów skWantowanych ..........464
16.la. Pojęcia podstawowe................................................464
16.lb. Rozkład Plancka dla oscylatorów harmonicznych........................467
16.lc. Związek z termodynamiką..........................................471
16.Id. Wyprowadzenie rozkładu Fermiego —Diraca ...........................474
16.2 Obliczenie efektywnej liczby stanów kwantowych w paśmie energetycznym ......477
16.3 Zależność temperaturowa poziomu Fermiego..................................477
16.4 Energie aktywizacji .........................................................484
Zadania ................................................................... 487

Rozdział 17 TEORIA PRAWDOPODOBIEŃSTW PRZEJŚĆ DLA DZIUR I ELEKTRONÓW
17.1 Wstęp.....................................................................493
17.2 Teoria prawdopodobieństw przejść. Obliczanie średniej drogi swobodnej metodą
elementów macierzowych .................................................... 495
Zadania ...................................................................506
17.3 Normalne drgania atomów w krysztale........................................ 507
Zadania ................................................................... 512
17.4 Oddziaływanie pomiędzy atomami a jednym elektronem nadmiarowym ..........517
Zadania ...................................................................523
17.5 Transformacja do fal biegnących ............................................. 524
17.6 Obliczanie elementów macierzowych .........................................531
17.6a. Metoda potencjałów deformacyjnych ...................................535
17.6b. Ostateczna postać wyrażenia przez stałe sprężystości ....................542
Zadania ...................................................................547
17.7 Wpływ zasady Pauliego na wartości elementów macierzowych .................551
17.7a. Przypadek pojedynczej dziury..........................................551
17.7b. Przypadek pośredni. Wiele elektronów i dziur.......................... 557
Wykaz literatury ...........................................................569

Skorowidz ................................................................579