Электрический ток в полупроводниках. Существует особый класс кристаллических тел, которые не являются такими хорошими проводниками, как металлы, но и не являются такими хорошими изоляторами как диэлектрики. Эти вещества обладают особыми физическими свойствами. Их подробно изучал А.Ф. Иоффе.
Если у металлов с повышением температуры сопротивление увеличивается, то у полупроводников оно уменьшается. Типичными полупроводниками являются кристаллы германия, кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью (вид химической связи, которая осуществляется парой электронов, находящейся в общем владении двух атомов, образующих связь). При повышении температуры, вследствие неравномерного распределения энергии теплового движения некоторые атомы полупроводника ионизируются (теряют электроны). Освободившиеся электроны не могут быть захвачены соседними атомами, так как их валентные связи насыщены. Поэтому свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая электронный ток.
При этом образовавшийся ион может нейтрализоваться, захватив электрон у одного из соседних атомов. Далее, в результате переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле вакантного места с недостающим электроном, то есть происходит своеобразное перемещение положительного электрического заряда, который называется дыркой
Таким образом, проводимость чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места («дырки» ) парноэлектронных связей ( дырочная проводимость ).
|
|
Собственная и примесная проводимость полупроводников
1. Особенности полупроводников.
Удельное сопротивление (p) убывает, если t0 - растет. Эта зависимость используется в термисторах
Удельное сопротивление убывает с ростом освещенности. Эта зависимость используется в фоторезисторах.
При введении примесей иной валентности, в полупроводниках удельное сопротивление уменьшается, т.к. растет число свободных носителей заряда.
2. Строение полупроводников.
В полупроводниках атомы связаны ковалентными (парноэлектронными) связями, которые при низких температурах и освещенности прочны. С ростом же температуры и освещенности эти связи могут разрушаться, образуя свободный электрон и "дырку".
Типичными представителями полупроводников являются германий и кремния.
Реальными частицами являются лишь электроны (e ). Э лектронная проводимость обусловлена движением свободных электронов. Дырочная проводимость вызвана движением связанных электронов, которые переходят от одного атома к другому, поочерёдно замещая друг друга, что эквивалентно движению “дырок” в противоположном направлении. “Дырке” условно приписывается “+” заряд.
В чистых полупроводниках концентрация свободных электронов и “дырок” одинаковы. Электронно-дырочная проводимость – проводимость, вызванная образованием свободных носителей заряда (электронов и “дырок”), образующихся при разрыве ковалентных связей, называется собственной проводимостью.
Примесная проводимость – проводимость, обусловленная образованием свободных носителей заряда при внесении примесей иной валентности (n).
|
|
Донорная примесь
Удельное сопротивление (p) убывает, если t0 - растет. Эта зависимость используется в термисторах Индий в германий
Донорная примесь
nпримеси >nполупроводник
Мышьяк в германий
nприм. =5; nп/прово-к=4
Каждый атом примеси вносит свободный электрон
Акцепторная примесь
nпримеси < n полупроводник
Индий в германий
nприм. =3; nп/прово-к=4
Каждый атом примеси захватывает электрон из основного полупроводника, создавая дополнительную дырку
Полупроводники n – типа с донорной примесью
Полупроводники р – типа с акцепторной примесью
Основные носители заряда
Электроны
Основные носители заряда
о – “дырки”
Не основные носители
о – “дырки”
Не основные носители
электроны