Собственная проводимость полупроводников

Полупроводники обязаны своим названием тому обстоятельству, что по величине электропроводности они занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами. Проводимость полупроводников растет с ростом температуры (у металлов она уменьшается).

Различают собственную и примесную проводимость полупроводников.

	Собственная проводимость возникает в результате перехода электронов с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости. При тепловом возбуждении электрона, находящегося в валентной зоне, он освобождает состояние в валентной зоне и переходит в зону проводимости, образуя там заполненное состояние.
Рис.1. Зонная модель германия.

Незаполненное состояние, или вакансия, образующееся при этом в валентной зоне, называется дыркой.

К полупроводникам относятся: бор, кремний, германий, фосфор, мышьяк, селен, углерод, CuO, FeO, In ₂O ₃, ферриты, жидкие полупроводники. Например, растворы натрия и калия в аммиаке.

В присутствии внешнего электрического поля ближайший к дырке электрон в валентной зоне попадает в нее, оставляя при этом новую дырку, которую заполнит следующий соседний электрон и т.д. То есть дырка перемещается в направлении, противоположном направлению движения электронов и ведет себя как носитель положительного заряда. Таким образом, ток при собственной проводимости обусловлен движением электронов в зоне проводимости и движением дырок в валентной зоне.

При повышении температуры на каждые 10 К сопротивление образца из чистого кремния уменьшается вдвое. Поэтому чистый кремний можно использовать в качестве очень

чувствительного электронного датчика температуры. Такое устройство, изготовленное из чистого полупроводника, называется термистором. Такой термистор, установленный в термопеленгаторе, позволяет обнаруживать объекты, дающие тепловое излучение.

	Выражение для проводимости имеет вид (1) Логарифм (1) . Если на графике изобразить от , то для собственных полупроводников получается прямая линия, представленная на рис.2.
Рис.2.

По наклону этой прямой можно определить ширину запрещенной зоны.

Типичными полупроводниками являются элементы IV группы периодической системы Менделеева – германий и кремний. Они образуют решетку типа алмаза, в которой атом связан с четырьмя соседними атомами, каждая связь образована двумя электронами. Тепловое движение может разорвать отдельные связи, освободив один электрон. Покинутое электроном место перестает быть нейтральным, в его окрестности возникает избыточный положительный заряд – образуется дырка. На это место может перескочить электрон одной из соседних пар. В результате дырка начинает также странствовать по кристаллу, как освободившийся электрон.

Когда внешнее поле отсутствует, электроны проводимости и дырки движутся хаотически. При включении поля на хаотическое движение накладывается упорядоченное движение: Электронов против поля и дырок – по полю. Оба движения – дырок и электронов – приводят к переносу заряда вдоль кристалла, следовательно, собственная электропроводность обуславливается носителями зарядов двух знаков – отрицательными электронами и положительными дырками.

Дата добавления: 2014-01-04