Власна провідність напівпровідників

До напівпровідників відносять широкий клас речовин, які відрізняються від металів тим, що:

  • а) концентрація рухомих носіїв заряду в них істотно нижче, ніж концентрація атомів;
  • б) ця концентрація (а з нею і електропровідність) може змінюватися під впливом температури, освітлення, невеликої кількості домішок;
  • в) електричне опір зменшується з зростанням температури.

Напівпровідники Власна провідність напівпровідників

Відмінність напівпровідників від діелектриків умовно. До діелектриків зазвичай відносять речовини з питомим опором ρ > 1011-1012 Ом · см (при кімнатній температурі); до напівпровідників відповідно з ρ ≤ 1011 Ом · див

Напівпровідники по своїй будові поділяються на кристалічні, амфорні і стеклообразные, рідкі. За хімічним складом напівпровідники поділяються на елементарні, тобто складаються з атомів одного сорту (Ge, Si, Se, Ті), подвійні, потрійні, четверні з’єднання. Напівпровідникові сполуки прийнято класифікувати за номерами груп періодичної таблиці елементів, до яких належать входять у з’єднання елементи. Наприклад, GaAs та InSb відносяться до сполук типу AIIIBV (існують також і органічні напівпровідники).

Будова напівпровідників.

Будову напівпровідників розглянемо на прикладі кремнію.

Напівпровідники Власна провідність напівпровідників

У кристалічній решітці кремнію (Si) кожен атом має чотири найближчих сусіда. Кремній є четырехвалентным елементом, і взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється з допомогою ковалентного, або парноэлектронной, зв’язку, коли у кожній зв’язку бере участь по одному електрону від кожного атома. Це так звані колективізовані електрони; більшу частину часу вони проводять в просторі між сусідніми іонами кремнію, утримуючи їх один біля одного. Кожен валентний електрон може рухатися по зв’язку вздовж всього кристалу (від одного атома до іншого).

При низьких температурах парноэлектронные зв’язку досить міцні, вони не розриваються, тому кремній не проводить електричний струм.

Електронна провідність.

Збільшення температури приводить до збільшення кінетичної енергії валентних електронів і розриву валентних зв’язків. Частина електронів стають вільними (подібно електронам в металі), кристали під дією електричного поля, починають проводити струм (рис. вище, б). Провідність напівпровідників, обумовлена вільними електронами, називається електронною провідністю. Концентрація носіїв заряду при збільшенні температури від 300 до 700 К зростає від 1017 до 1024 м-3, що і призводить до зниження опору.

Діркова провідність.

Розрив валентних зв’язків при збільшенні температури призводить до утворення вакантного місця з відсутнім електроном, яке має ефективний позитивний заряд і називається діркою. Стає можливим перехід валентних електронів із сусідніх зв’язків на звільнене місце. Такий рух негативного заряду (електрона) в одному напрямку еквівалентно руху позитивного заряду (дірки) у протилежному.

Переміщення дірок по кристалу відбувається хаотично, але якщо до нього прикласти різницю потенціалів, почнеться їх спрямоване рух вздовж електричного поля. Провідність кристала, обумовлена дірками, називають дірковою провідністю.

Електронна і діркова провідність чистих (беспримесных) напівпровідників називається власною провідністю напівпровідників.

Власна провідність напівпровідників невелика. Так, в Ge число носіїв заряду (електронів) становить всього одну десятимиллиардную частину від загального числа атомів.

Посилання на основну публікацію