En проводимост на полупроводници

Полупроводници наречени клас вещества (твърди вещества), в който е напълно заети от електрони, валентната зона се отделя от групата проводимост на тясната (от порядъка на 1 ЕГ) Bandgap. Тяхната електропроводимост по-малко от електрическата проводимост на метали, но повечето от електрическата проводимост на диелектрици.

Това се отнася до полупроводникови елементи (Si, Ge, като Se, Te), химически съединения (оксиди, сулфиди, селениди), сплави на елементи от различни групи.

Главната особеност разграничаване полупроводници като специален клас материали е силно повлияна от температурата и концентрацията на примесите на тяхната електрическа проводимост.

Разграничаване собствени и примесни полупроводници. Проводимостта на чисти полупроводници (в който абсолютно никакви примеси) се нарича вътрешен проводимост.

За присъщите полупроводници са германий и силиций. Молекулно силициев структура е показана на Фиг. 8.8, когато:

- ядрото и вътрешните електронен слой;

- дупка вакантно с липсата на комуникация;

- валентните електрони, които образуват ковалентна връзка.

В германий и силиций - същата кристалната решетка: всеки атом е заобиколен от четири атома, разположени във върховете на редовен тетраедър. Външната обвивка на атома има четири валентни електрони, така че всеки атом образува четири ковалентни връзки с четирите най-близките съседи на него.

Фиг. 8.9 показва енергия на електроните в структурата на полупроводници. В Т = 0 всички нива на валентната зона са заети, както и нивото на Ферми е в забранена лента, която разделя проводимост. В този случай, електроните на проводимостта не са налице. За полупроводници, характеризиращ се с това, че ширината на забранената групата е до 10 килотона. При стайна температура ²razmytost² Ферми-Дирак функция замени. и вероятността за преход на електрони на валентност групата на групата на проводимостта не е равно на 0.

Така, в един полупроводник (който радикал ги отличава от диелектрик) е относително малки енергийни въздействия, предизвикани от загряване или облъчване може да предизвика някои отделяне на електрони от техните атоми. Това е механизмът на медийното образование в чистите полупроводници.

При температура Т = 0 К и отсъствието на други външни фактори вътрешен полупроводников държат като изолатори. При повишаването на температурата, електрони от по-горните нива на валентната зона могат да се движат на по-ниските нива на проводимата зона. Когато електрическо поле, електроните ще се смесват с терена. В един полупроводник, се появява електрически ток. Проводимостта на присъщите полупроводници поради електрони, наречен електрон проводимост или проводим п - тип.

Благодарение на пренос на топлина от електрони в валентната зона възникне свободна държава, известна като дупки. В външно електрическо поле на електроните, освободени от място, една дупка може да се движи електрон от съседна слой, а дупката ще се появи на мястото, което остави един електрон и т.н. Такъв процес на запълване на дупките, еквивалентни на дупките с електрони, които се движат в посока, обратна на движението на електрони. В действителност, не се движат на дупката. Проводимостта на присъщите полупроводници, поради отворите (квазичастици) се нарича проводимостта отвор или проводимост р - тип.

Така, в присъщите полупроводници има две проводникова механизми: електрони и дупки. Броят на електроните в проводимата зона е равен на броя на дупки в валентната зона. Ето защо, ако концентрацията на електроните на проводимост и дупките е съответно СИ и НП. След това NE = NP.

Проводимостта на присъщите полупроводници винаги се радва, т.е. Изглежда само под действието на външни фактори (повишаване на температурата, облъчване на силни електрически полета и т.н.).

В присъща на полупроводници, нивото на Ферми е в средата на забранената зона. В прехода на електрон от най-високо ниво на валентност лента на най-ниското ниво на лентата проводимост прекарва активиране енергия, равна на разликата в група Е, което води до отвори в валентната зона. Изразходваната енергия на външен вид чифт превозвачи трябва да бъде разделена на две равни части. Следователно, отправна точка за всеки от тези методи трябва да бъде в средата на Bandgap. В Ферми енергия в присъщата полупроводника е енергията на който възбужда електрони и дупки се появява.

В твърдо състояние физика Доказано е, че концентрацията на електрони в групата на проводимост

където W2 - енергията, съответстваща на долната част на лентата проводимост;

WF - Fermi енергия;

Т - термодинамична температура;

С1 - постоянна в зависимост от температурата и проводимост ефективна маса на електрона.

Забележка. Ефективно маса - количество, имащ размер на маса. Тя характеризира динамичните характеристики на проводни електрони и дупки. Взема предвид ефектите върху електроните на проводимост, не само външното поле, но също така периодично кристал областта на вътрешния, смятат тяхното движение в областта на външните действия, тъй като движението на свободни частици без да се отчита взаимодействието на проводни електрони с решетка.

Концентрацията на дупки в валентната зона

където С2 - постоянна в зависимост от температурата и ефективната маса на отворите;

W1 - енергия, съответстваща на върха на валентната зона. Енергията на възбуждане в този случай се измерва надолу от нивото на Ферми, така стойности в експоненциален фактор различен.

Според че NE = NP. имаме

Ако ефективни масите на електрони и дупки са равни, след това при тази температура C1 = C2, и следователно

По този начин, нивото на Ферми в присъща полупроводникови наистина е разположен в средата на забранената зона.

Тъй като присъщите полупроводници DW >> KT, разпределението на Fermi-Дирак е

където - средният брой на фермиони в състояние с енергия Wi;

m - химическата потенциал.

При тези условия, разпределението на Fermi-Дирак влиза разпределението на Максуел-Болцман:

По този начин, ние имаме:

Смяна, във формулата (8.23) (W - WF) = DW / 2, получаваме

Тъй като броят на електрони преминават в групата на проводимост, а оттам и на броя дупки формира пропорционално , проводимостта на присъщите полупроводници

където вървят - постоянна характеристика на полупроводника.

съпротивленията, полупроводници Електрическите

Повишаването на проводимостта на полупроводници с повишаване на температурата, тъй като температурата се повишава в полупроводници увеличава броя на електрони, които поради термично възбуждане в диапазон от проводимост и участват в провеждането.

В полупроводници, в допълнение към процеса на производство на електрони и дупки, може да обработва тяхната рекомбинация. Електроните могат да се движат от проводимата зона на валентната зона, давайки решетка излишната енергия от излъчващи електромагнитни вълни кванти. В резултат на това за всяка температура, определена равновесие концентрация на електрони и дупки, в зависимост от температурата.

Скоростта на рекомбинация, т.е. броят на изчезване за единица време на електрон-дупка двойки, определена от свойствата на полупроводника; В допълнение, тя е пропорционална на концентрацията на електрони и дупки, тъй като по-голямата броя на превозвачите, толкова по-вероятно си среща с крайна рекомбинация. По този начин, скоростта на рекомбинация

Въпреки това, броят на дупки в идеална кристална решетка присъща полупроводника, равен на броя на свободните електрони. следователно

където - коефициент рекомбинация определя от свойствата на полупроводника.

скорост на генериране (броят на освободен за единица време на електрон-дупка двойки) зависи от температурата на полупроводника и ширината на забранено лента.

динамично равновесие съществува в стационарно състояние: скоростта на производство е равна на скоростта на рекомбинация, следователно

Съгласно формула (8.29) може да се определи броят на свободни електрони в полупроводника. Например, при стайна температура, броят на свободни електрони в германий. в силиций -.