Енергетичні зони, носії струму власна провідність напівпровідників

Провідність напівпровідників

Електрони у кристалі напівпровідника мають дискретні значення енергії і ці енергії утворюють певні проміжки в околиці значень енергій електронів у відокремленого атома напівпровідника. Такі проміжки енргій називають енергетичними зонами. Зокрема, валентні (зовнішні) електрони, що відповідають за хімічні хв’язки атомів у речовині, утворюють валентну зону енергій.

При температурі T>0 валентні (зовнішні) електрони атомів напівпровідника за рахунок теплових збуджень і квантових властивостей проходження потенціального бар'єра можуть відірватися від атомів і стати "вільними" у межах кристала. При кімнатних температурах концентрація вільних електронів складає величину порядку . Згідно принципу Паулі енергії вільних електронів не співпадають і утворюють певний проміжок дискретних енергій, який називають зоною провідності. При накладанні на напівпровідник зовнішнього електричного поля в ньому потече електричний струм, створений двома джерелами:

1) направленим рухом вільних електронів та

2) направленим рухом валентних електронів по вакансіям у зв’язках атомів кристала, які виникли за рахунок утворення вільних електронів.

Для аналітичного опису другого процесу, вводиться уявна частинка, яку назвали діркою. Дірці приписується додатній заряд, рівний заряду електрона, маса, середня швидкість направленого руху, її позначають літерою р та інше.

Енергія дірок є енергія, яку мали валентні електрони, що відірвалися від атомів і стали вільними. Таким чином дірка є уявною частинкою (квазичастинкою), яка описує рух валентних електронів по вакансіям у зовнішньому електричному полі. Вільні електрони та дірки напівпровідника називаються власними носіями струму і вони визначають власну провідність напівпровідника , яку можна записати з виразу для густини струму через концентрації рухливість та заряд . Подамо визначення провідності низкою виразів для відповідних величин

,

, , ,

Дата добавления: 2015-05-24