Електропроводимостта на присъщите полупроводници

Химически чисти полупроводници се наричат ​​присъщите полупроводници. Те включват редица чист химичен елемент (германий, силиций, селен, телур, и т.н.), както и много химически съединения, като галиев арсенид (GaAs), индий арсенид (InAs), индий Antimonide (INSB), Karbid Kremniya ( SiC), и т.н. Полупроводници имат кристална решетка от типа на диамант, който се състои от множество идентични тетраедри.

При образуването на полупроводников чип всеки атом, като в мястото на кристална решетка, тя създава връзка с четири съседни атоми. Всяка връзка е оформен от двойка валентните електрони (един - от даден атом, а другият - от съседния) нарича ковалентна. Както ковалентна връзка на електрон в кристална орбита обхващащ двата атома. Електрони атоми се свързват към и държани в тази връзка, силите на привличане към ядрата на тези атоми.

Фиг. 1.3. Схематично модел на равнинна част от кристалната решетка на силиций или германий (а) и неговата триизмерна структура (б)

При липса на примеси и абсолютна нула температура Т = 0 К, полупроводников чип във всички валентните електрони са ковалентни връзки на атомите, така че няма свободни електрони. В този случай, чипът може да не провежда електричество и е перфектен изолатор.

Фиг. 1.4. Генериране на двойки "свободен електрон - дупка" в разрушаването на ковалентна връзка (а) и отворите се движат кристала (б)

При температура над абсолютната нула, атомите на кристала под влиянието на топлина осцилира около местата на кристалната решетка. Амплитудата на тези трептения е по-голяма по-висока е температурата на кристала. Тези електрони на ковалентните връзки, които получават топлинна енергия Bandgap, равна или по-голяма от ширината му, и оставяйки обособените връзки. Те се освободи (фиг. 1.4a) и може да се движи в рамките на кристала, създаване на електрически ток. Безплатен електронен носител е подвижен отрицателен заряд. В този случай, тя ще отговаря на енергийно състояние, което е в проводимата зона.

На мястото, където електронът няма, състоянието на електронеутралност е нарушено, и е налице положително заредени електрони вакантно място, което се нарича дупка (положителен заряд се дължи не компенсира ядрен заряд). Това положително заредена дупка в енергийния диаграма, съответстваща на свободна енергия състояние в валентната зона, образувана след оттеглянето на електрони (в горната част на валентната зона) на. В групата електроните валентните тя има възможност да се направи състояние, в което, както валентен електрон заемат свободните състоянието на съответния отвор, дупка в енергийната зона движи от валентната зона на дъното си.

Това съответства на прехода към мястото на дупки в съседство ковалентна връзка, в процеса на координиране преглед пространство (този отвор е другаде). Преместването на положително заредени дупката е съпроводено с появата на ток. Така, в допълнение към електрони в кристала, заредете прехвърляне може да участва положително заредени отвори (вж. Фиг. 1.4), т.е. дупка може да се разглежда като частица, която е положителна мобилност такса носител. Посоката на движение на дупка в електричното поле е противоположна на посоката на движение на електрони.

Безплатни електроните се движат в пространството между кристалната решетка точки и дупките - с ковалентни връзки, така че мобилността на негативните оператори таксуват по-добре от положителни.

Процесът на образуване на двойка "свободен електрон - дупка" се отнася до генерирането на зареждане носители двойки. За перфектно, без примеси и дефекти, концентрация кристал електрон (Ni) е равна на концентрацията на отвор (PI). Тази самостоятелна концентрация носител: Ni = пи. Аз индекс е концентрацията на носители за присъщата полупроводника (присъща - собствена).

Концентрация на носители мобилни зареждане зависи от температурата на кристала и забранени лента ширина: носещи увеличава концентрацията с повишаване на температурата и намаляване Bandgap. Следователно, специфичната електрическа проводимост на полупроводника, е пропорционален на концентрацията на носители на заряд, също се увеличава с повишаване на температурата, и неговата стойност е по-голяма в полупроводник с по-малка ширина лента забраняващ (Wz?).

Фиг. 1.5. Енергия диаграма, илюстрираща schaya полупроводникови собствена проводимост при скъсване ковалентна връзка

Безплатна електронна, което прави хаотично движение, може да запълни дупка в ковалентна връзка. Тогава счупен ковалентна връзка се редуцира, и двойката носители (електрони и дупки) изчезва, т.е. Рекомбинация nositeleyzaryada противоположни знаци. Този процес е придружен от освобождаването на излишната енергия под формата на топлина или светлина. В енергия диаграмата (фиг. 1.5) съответства на рекомбинация на електрони преход от групата на проводимост на свободен ниво в валентната зона.

И двата процеса - генериране двойки носители и тяхното рекомбинация - всяко количество на полупроводника се появяват едновременно. съответстваща концентрация носител е установено от състоянието на динамично равновесие, при което броят на възникващите носители равен на броя на рекомбиниране. Интервалът от време между миг поколение и рекомбинация време за зареждане носител на свободни електрони се нарича начин на живот или дупки, и пътува за зареждане превозвач живот на разстоянието - свободен път. Като се има предвид, че времето на живот на отделните превозвачи е различно при тези условия се има предвид средния жизнен цикъл, а средният свободен пробег.

Носителите на мобилни зареждане са отговорни за електрическата проводимост на полупроводника. При липса на електрическо поле таксата превозвачи се движат произволно. Под влияние на електрическото поле, електроните и дупките, като същевременно продължава да участва в хаотично топлинно движение, се движат по полето: електрони - към положителен потенциал, дупките - в отрицателна посока. Насочено движение на двата вида носители на заряд създава електрически ток в кристала, която има два компонента - електрона и дупка.

Проводимостта на полупроводника, поради равен брой електрони и дупки, настъпили в резултат на унищожаването на ковалентни връзки, се наричат ​​частни проводимост.

Сходни публикации:

никой Намерено