Собственная проводимость полупроводников

Полупроводники

Наряду с металлическими проводниками существуют и провод­ники другого типа. Как и у металлов проводимость у них элек­тронная, и ток не сопровождается химическими изменениями. Однако концентрация электронов в них намного меньше, чем у металлов и сильно увеличивается с возрастанием температуры. Вещества такого типа называют электронными палупроводниками. Они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Принято относить к ним вещества, удельная электропроводность которых лежит в пределах 10^-8Ом^-1м^-1<s<10⁷Ом^-1м^-1. Полупроводниками являются многие элементы - кремний, германий, селен и др., а также многие химические соединения. Сильная зависимость электропроводности, а, следовательно, концентрации носителей тона от температуры в полупроводниках показыва­ет, что в них электроны проводимости возникают под действием теплового движения. Взаимодействие между атомами в полупро­водниках не достаточно для отщепления свободных электронов. Для этого электронам необходимо сообщить добавочную энергию W - энергию ионизации, которая берется за счет тепла. Так, для кремния она составляет 1,09эв, для германия 0,72эв. Энергия же теплового движения при комнатной температуре (Т~300К) составляет 0,025эв.

При отличной от нуля температуре часть электронов атомов полупроводника (валентные электроны) под влиянием запасенной тепловой энергии получают возможность отрываться от своих атомов и становятся электронами проводимости. С повышением температуры увеличивается интенсивность тепловых колебаний решетки кристалла, что приводит к дополнительному разрыву связей валентных электронов с атомами. Соответственно растет с температурой и проводимость полупроводников. Можно показать, что

(19.1)

где - удельная электропроводность при O⁰C, W- энер­гия ионизации, К- постоянная Больцмана, Т- температура.

Такую проводимость называют электронной проводимостью. Разрыв валентной связи приводит к появлению вакантного места с отсутствующей связью, что эквивалентно наличию поло­жительного заряда, называемого "дыркой". Это дает возможность для дополнительного переноса за­ряда. Какой-либо электрон может перейти на место дырки, но зато появится дырка в другом месте. В эту новую дырку может перейти дру­гой электрон и т.д. Рассмотренный процесс получил название дырочной проводимости. Т.о., в полупровод­никах имеются носители заряда двух типов - отрицательные электроны и положительные дырки. Участвуя в проводимости, дырка перемещается по полупроводнику в направлении внешнего поля. Схематично такой процесс изоб­ражен на Рис. 19.1 для решетки германия, где двойные линий -валентные связи атомов. При данной температуре в полупроводнике устанавливается равновесная концентрация электронов и дырок.

Дата добавления: 2014-01-06