собствена електропроводимост

Принципът на работа на полупроводникови устройства се определя от физичните свойства на полупроводникови материали, които, от своя съпротивление заемат междинно положение между проводниците и диелектрици. На съпротивление на проводниците # 961 = 10 -6 - 10 ома -5 * см, полупроводници - # 961 = 10 -4 - 10 ома -5 * см, диелектрик - # 961 = 10 6 - 16 октомври ома * cm. Свойствата на полупроводници и проводници са различни. С повишаване на температурата на съпротивлението на проводника се увеличава и намалява съпротивлението полупроводници и диелектрици. Тази качествена разлика показва различен механизъм провеждане на тези материали.

Повечето съвременни полупроводникови устройства са изработени от силиций (Si) и германий (Ge) - група 4 елементи от периодичната таблица Г. И. Mendeleeva и галиев арсенид (GaAs).

Кристалната структура на Si и Ge е същата като тази на диамант: всеки атом е заобиколен от четири атома, разположени във върховете на редовен тетраедър. Двуизмерен модел на кристалната решетка е показана на (Фиг. 1).

Както е известно, атоми на различни елементи могат да бъдат идентифицирани изцяло запълнена електрони обвивка (вътрешно) и заготовката (външен). Електроните разположени във външната обвивка, наречени валентността. Силите, притежаващи атоми в решетъчни обекти, имат квантово-механични, възникват поради замяна на валентните електрони взаимодействащи атома. Такава връзка се нарича ковалентна (пара) (Фиг. 2). Големите кръгове представляват Ge йони.

Ядрата на атомите в вътрешните обвивки 4 имат положителен заряд, която е базирана на отрицателните заряди на електроните в външната обвивка, показани от малки кръгове. Заедно с електроните на съседни атоми, те образуват ковалентни връзки, както е показано на линии в кристалната решетка. По този начин външната обвивка 4 са електрон и електрон 4, взети един на четири съседни атоми. В такъв перфектни кристалната решетка електрони насочено движение невъзможно, т. К. Му забрани електронните сили взаимодействие с Ge атома. Това е вярно за температура на абсолютна нула (Т = 0).

При температури различни от абсолютна нула, решетъчни атоми вибрират и някои от електроните получат енергия, за да се откъснат от своя атом. В този случай на нарушение на ковалентната връзка, образувана проводимост на електрони и една дупка, която е счупена връзка. По този начин, поради топлинна решетка вибрации се генерират от електрон-дупка двойка (фиг. 3). Тези двойки електрони могат да заемат всяка позиция в решетката, както и скитащи над кристално счупена връзка - дупка - не може. Той се движи от един атом на друг поради факта, че прекъснатата ковалентна връзка е заместена с един електрон от съседна атоми, образува нова връзка и разкъсан т. D. Следователно, свободната електрона и отвор там и да се движат независимо.

Semiconductor, която все още няма външните отношения, се нарича правилна употреба. Тази концентрация полупроводникови електрони и дупки същото. Тя се нарича самостоятелно концентрация и е равна на

където А е - коефициент на пропорционалност, Т - абсолютна температура - Bandgap при Т = 0k, равна на минималната енергия, за да бъдат подложени на електрон, за да го изтегли от валентност лента за проводимата зона; к - е Болцман постоянна.

Способността на електроните и дупките се движат в електрическо поле се нарича на мобилността на терена. Мобилността е една дупка или електрон скорост при интензитет на поле, равна на единство.

Специфичната проводимост на полупроводника

къде. - мобилност на електрони и дупки, Q - начално зареждане, п, и р - обемна концентрация на електрони и дупки, съответно.

мобилността на електрон в Si и Ge в 2-2,5 пъти по-висока, отколкото на мобилността дупка, така че вътрешната проводимост на полупроводника е по същество електронен характер.

Ако има следи от други вещества в полупроводника, в допълнение към своя собствена електропроводимост изглежда по примес проводимост, които, в зависимост от вида на примес може да бъде електронно или дупка.

Примеси, причиняващи електронната проводимост на полупроводника, наречен донора, и отвора - акцептор.

Както се използва донори примеси елементи 5 на периодичната таблица: фосфор, арсен и антимон; като примес елементи акцептор се използват 3 група: бор, галий и индий.

Когато се прави полупроводников примесни атоми на някои от неговите кристални решетка се заменят с примеси атома. В присъствието на донор примес, например, арсен Както (фиг. 4), четирите валентните електрони участват в образуването на ковалентни връзки. пета валентност електрон взаимодейства по само с примес атом, така че лесно може да напусне арсен атом и да се премести под въздействието на външно електрическо поле. В присъствието на определен брой атоми на примеси в полупроводника, значително количество на свободни електрони. Проводимостта поради движението на свободни електрони се нарича електронна проводимост, и електронен провеждане полупроводникови - п-тип полупроводници.

При въвеждане на тривалентен атом решетъчни примеси точка като индий В (фиг. 5), за да създаде ковалентна връзка на един електрон липсва. Комуникация с четвърти атом е празен, но може да бъде относително лесно да се движат валентните електрони от съседните облигации, т.е.. К., в който енергията на йонизация е малък. А седалка може да скочи в превърне друг електрон от следващите съседни атоми и т. Г. Такова последователно изместване на електроните, които се разглеждат като движението на ковалентна връзка, наречен отвор и има положителен заряд относно

среща изместване електрони. Проводимостта се дължи на движението на дупки се нарича дупка и полупроводник с р-тип проводимост а - р-тип проводник.

На практика не може да се получи само полупроводници с донори или акцептори примеси. Обикновено в полупроводника съдържа свободни електрони и дупки.

Към сместа засегнати значително проводимостта на характера на полупроводници, или концентрацията на примеси трябва да бъде от порядъка или няколко порядъка по-висока от естествена вътрешна концентрация носител.

полупроводника на п-тип, броят на свободните електрони надвишава броя на дупки, така че тези електрони се наричат ​​мажоритарни превозвачи и дупките - малцинство. Обратно, в полупроводниковата р-тип мнозинството носители са дупки и електрони - малцинствени носители.