Электропроводность полупроводников

ЖАТЬСЯ. БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА ПРИВОДИТ К ТОМУ, ЧТО МЕТАЛЛЫ ЯВЛЯЮТСЯ ХОРОШИМИ ПРОВОДНИКАМИ.

При ковалентной связи между атомами кристалла обмена валентными электронами не происходит. Однако при сближении атомов образуются пары общих электронов, принадлежащие одновременно обоим атомам. Возникающие при этом силы притяжения достаточно велики, чтобы образовался проч-ный кристалл, например, кристалл алмаза, кремния, германия и другие, при этом при определенных ус-ловиях в них могут возникать свободные носители заряда.

В кристаллах многих органических веществ имеется молекулярная связь, обусловленная слабыми электрическими силами, называемыми силами Ван-дер-Ваальса. Они вызываются несимметричностью электронных оболочек атомов.

Идеальных кристаллов практически не встречается; в каждом из них имеется несколько типов связей, одна из которых преобладает.

В электротехнике и радиоэлектронике последний тип кристаллов не нашел практического примене-ния, все остальные, напротив, применяются очень широко. Начало практического использования полу-проводниковых материалов относится к двадцатым годам ХХ века. Но революционные преобразования

в радиоэлектронике и начало твердотельной электроники связывают с изобретением в 1948 г. полупро-водникового усилительного прибора – транзистора (У. Шокли, У. Браттейн, Дж. Бардин).

Полупроводниками называют широкий класс веществ, занимающих промежуточное положение между металлами и диэлектриками по ряду электрофизических свойств. Наиболее ярко черты сходства и отличия металлов и полупроводников проявляются при сравнении их удельного сопротивления. Удельное сопротивление металлов ρ_Ме в некотором интервале температур, находящемся между Т = 0 и Т = Т _плавл,практически линейно и достаточно медленно увеличивается с ростом температуры;эта зави-симость описывается следующим математическим выражением:

ρ_Ме = ρ_Ме0(1 + α t),

где ρ_Ме0 – удельное сопротивление при t = 20 °С, α – температурный коэффициент сопротивления, t – температура по шкале Цельсия.

Характерной особенностью полупроводников, отличающей их от металлов, является уменьшение удельного сопротивления с ростом температуры, как правило, экспоненциально в широком интервале температур:

ρ_п/п = ρ_п/п0 exp (E_a / kT).

Здесь E_a – так называемая энергия активации проводимости, ρ_п/п0 – коэффициент, также зависящий от температуры, но гораздо слабее, чем exp(E_a / kT). Приведенная формула означает, что электроны в полупроводниках связаны с атомами, с энергией связи порядка E_a. С повышением температуры тепло-вое движение начинает разрывать связи электронов и часть их, пропорциональная exp (E_a / kT), стано-вится свободными носителями заряда.

На рис. 1 а, б приведена качественная зависимость удельного сопротивления металлов и полупроводников от температуры. Столь резкое различие в температурной зависимости удель-ного сопротивления объясняется различным характером связей в кристаллах металлов и полу-проводников.

ρп/п

ρМе

Т

а) б)

Рис. 1 Графики температурной зависимости удельного

СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ МЕТАЛЛОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Дата добавления: 2015-05-06