КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Образование носителей заряда в собственных полупроводниках
Беспримесный и бездефектный полупроводник с идеальной кристаллической решеткой называется собственным полупроводником. В собственном полупроводнике при температуре абсолютного нуля нет свободных носителей заряда, так как каждый валентный электрон связан с кристаллической решеткой ковалентными связями. Если такой кристалл поместить в электрическое поле, то ток в нем не возникнет. Таким образом, полупроводник при температуре 0 К ведет себя как диэлектрик. Если нарушить идеальную структуру кристаллической решетки (например, передать электронам тепловую энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей), то это приведет к одновременному образованию свободного электрона и незаполненной связи вблизи того атома, от которого оторвался электрон (рис. 4, атом под номером 4).
Рис. 4. Образование носителей заряда в полупроводнике: а – модель ковалентной связи; б – зонная модель
Под действием тепловых колебаний свободный электрон хаотически перемещается между атомами кристаллической решетки. А что происходит с разорванной связью? Любой из электронов, связывающих атомы 4 и 5 с соседними атомами, может попасть на траекторию, с которой был выбит электрон, и восстановить полноценную связь между 4 и 5 атомами. Если, например, это произошло с электроном, связывающим атомы 4 и 7, то разорванная связь переместится в положение между ними. Получается, что разорванная связь подобно электрону хаотически перемещается между атомами. Таким образом, у кристалла появляется не одна, а две возможности проводить ток. Первая – это движение свободного электрона, например, под действием электрического поля. Вторая – направленное перемещение электронов с орбит соседних атомов на место образовавшейся пустой связи. Этот второй механизм электропроводности удобнее описывать как движение фиктивной положительной частицы, дырки, которая перемещается в направлении, противоположном движению электрона. Процесс образования электронно-дырочных пар под действием фононов носит название термогенерации. Количественно он характеризуется равенством концентраций дырок и электронов: . Полупроводники с такими свойствами называют собственными, а их проводимость – собственной (i – intrinsic – собственный). Образование свободных носителей заряда с точки зрения зонной модели полупроводника связано с переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости. Для осуществления такого перехода электрон должен получить энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны полупроводника. Эту энергию электрон получает, например, от квантов тепла, а значит энергия фононов, не должна быть меньше ширины запрещенной зоны полупроводника. Уход электронов в зону проводимости из валентной зоны приводит к появлению в ней незаполненного энергетического уровня. Вакантное место в валентной зоне принято называть дыркой (рис. 4, б), а сам процесс – генерацией носителей заряда, они при этом образуются парами. Наряду с генерацией происходит и процесс возвращения электронов из зоны проводимости в валентную зону на свободные уровни. При этом исчезают электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Такое явление называют рекомбинацией носителей заряда. В присутствии электрического поля валентные электроны соседних атомов могут переходить на свободные уровни, создавая дырки в другом месте, что может рассматриваться как движение положительно заряженных частиц – дырок. С точки зрения зонной модели электрический ток в полупроводнике связан с движением дырок в валентной зоне и электронов в зоне проводимости, причем ток дырок равен току электронов.
Дата добавления: 2014-10-17; Просмотров: 1721; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |