Электропроводность полупроводников. 1.2.1 Собственная электропроводность

1.2.1 Собственная электропроводность

Электропроводность вещества и полупроводника в т.ч. возможна в том случае, если электрон в валентной зоне получит дополнительную энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны и попадает в свободную зону.

Собственная электропроводность

Электроны, находящиеся в свободной зоне, обладают довольно большой энергией и могут её изменять под действием электрического поля, перемещаясь в объёме полупроводника.Этими электронами и определяется электропроводность полупроводника.

Энергетические уровни валентной зоны обычно заполнены электронами внешней оболочки атомов – внешних устойчивых орбит (валентными электронами).

При наличии свободных уровней в валентной зоне электроны могут изменять свою энергию под воздействием электрического поля.

Плоская модель кристаллической решётки

Связь атомов в кремнии устанавливается вследствие наличия специфических обменных сил, возникающих при парном объединении валентных электронов.

Поскольку атом кремния имеет четыре валентных электрона, то он использует эти электроны для

связи с четырьмя соседними атомами, которые,
в свою очередь, также выделяют по одному валентному электрону для связи с каждым из своих четырёх соседних атомов. Таким образом получается, что любой атом кремния связан с каждым соседним атомом общей орбитой, причём на этой орбите два электрона. Такая связь атомов называется ковалентной связью.

По мере повышения температуры полупроводника некоторые валентные электроны получают дополнительную энергию достаточную для перехода в зону проводимости.

Такой переход соответствует выходу электрона из связи.

Вакантный энергетический уровень

Появление электрона в свободной зоне и наведенного вакантного места в валентной зоне на энергетической диаграмме представлено в виде кружков с соответствующими знаками заряда.

Появление свободных уровней в валентной зоне позволяет для валентных электронов изменять свою энергию, а следовательно, участвовать в процессе протекания тока через полупроводник.

Вакантный энергетический уровень в валентной зоне и соответственно свободную валентную связь называют дыркой, которая является подвижным носителем положительного заряда, равного по абсолютной величине заряду электрона.
Перемещение дырки соответствует встречному перемещению валентного электрона (из связи в связь).

Процесс образования свободного электрона и дырки принято называть генерацией носителей.

Основным источником дополнительной энергии для электрона является температура (термогенерация).

Могут быть и другие источники – световое и ионизирующее излучения.

Таким образом, за счёт термогенерации в полупроводнике образуется два типа подвижных носителей заряда: свободные электроны n- и дырки p-, причём их количество одинаковое

N_n = N_p.

Эти носители заряда называют собственными, а электропроводность, ими обусловленную, - собственной электропроводностью полупроводника.

Электроны и дырки собственной электропроводности, принято обозначать буквой i

n_i = p_i.

Такой полупроводник называют беспримесным. Он используется для создания высокоомных изоляционных слоев в полупроводниковых структурах.

Сильная зависимость электропроводности таких структур от температуры используется при создании термозависимых сопротивлений - термисторов.

1.2.2 Примесная электропроводность полупроводников

При введении в полупроводник примеси к собственной электропроводности добавляется электропроводность примеси.

Дата добавления: 2014-01-07