Электропроводность полупроводников

У полупроводников между валентной зоной и зоной проводимости имеется запрещённая зона. При температуре абсолютного нуля и в отсутствие внешнего воздействия их валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости свободна от электронов. К п/п – кам условно относят вещества с шириной запрещённой зоны ΔWi = 0.05-3.0 эВ.

Область или зона энергетических состояний электронов, нахо­дясь в которой они могут создавать ток, носит название зоны проводимости.

Для многих полупроводников достаточно невысокой темпера­туры (например, комнатной), чтобы перевести некоторое коли­чество электронов их атомов в зону проводимости. Непрерывное повышение температуры усиливает процесс такого перехода и проводимость полупроводника в результате этого увеличивается.

Итак, электропроводность в полупроводниках обусловливаетсяэлектронами. Она называется электронной электропроводностью или электропроводностью n-типа¹. В данном случае электроны, создающие ток, принадлежат атомам самого полупроводника, а не атомам примеси, поэтому такую электропроводность назы­вают собственной.

У атома, электрон которого перешел в зону проводимости, образовался, таким образом, недостаток одного электрона. Та­кие атомы превращаются в положительные ионы, которые, одна­ко, закреплены на месте и не в состоянии двигаться и принимать участие в создании тока. Место отсутствующего электрона мо­жет занять электрон с соседнего атома, у которого такого недо­статка нет. В результате этого перехода появится у второго ато­ма недостаток в электроне. Подобный процесс может иметь мес­то одновременно у многих атомов.

Если приложить электрическое напряжение, перескок элек­тронов с одних атомов на другие (соседние) примет характер направленного перемещения их в одну сторону. Одновременно с этим образующиеся положительно заряженные атомы будут возникать в направлении, противоположном движению электро­нов. Это будет похоже на движущиеся положительные заряды, т. е. на ток, создаваемый положительными электрическими зарядами, которые движутся в направлении, противоположном дви­жению электронов.

Отсутствие в атоме электрона в результате перехода его в зону проводимости получило название дырки ('в атоме). Электри­ческий же ток, образующийся при движении дырок, называют дырочным током. Электропроводность, обусловленная этим ды­рочным током, называется дырочной электропроводностью или электропроводностью р-типа.

Полупроводники, не содержащие донорные и акцепторные примеси, называют собственными полупроводниками, а содержащие - примесными.

Итак, движение электронов (в одном направлении) и дырок атомов (в обратном направлении) самого полупроводника соз­дает собственную электропроводность, которая с повышением температуры возрастает. Понижение же температуры будет уменьшать собственную электропроводность полупроводника, так как будет уменьшаться число электронов, переходящих в зо­ну проводимости. Поэтому полупроводники при охлаждении при­ближаются к диэлектрикам по величине их сопротивления.

В полупроводниках и диэлектриках при температуре 0⁰К все электроны находятся в валентной зоне, а зона проводимости абсолютно свободна. Электроны полностью заполненной зоны не могут принимать участия в создании электрического тока.

Для появления электропроводности необходимо часть электронов перевести из валентной зоны в зону проводимости. Энергии электрического поля недостаточно для осуществления этого перехода, требуется более сильное энергетическое воздействие, например, нагревание твердого тела.

Чем выше температура и меньше запрещенная зона, тем выше интенсивность межзонных переходов.

У диэлектриков запрещенная зона может быть настолько велика, что электронная электропроводность не играет определяющей роли.

Если каждый атом имеет, например, 4 валентных электрона, являющихся общими для 4 ближайших атомов (конфигурация валентных связей), то такое твердое тело является полупроводником. Например, в германии и кремнии, являющихся четырехвалентными элементами, на наружной оболочке имеется по четыре ковалентные связи с четырьмя ближайшими, окружающими его атомами.

Дата добавления: 2014-01-04