Собственная проводимость

Для изготовления полупроводниковых приборов используют главным образом германий и кремний.

Они относятся к элементам 4 группы таблицы Менделеева и имеют четыре валентных электрона, связанных ковалентными связями с четырьмя соседними атомами кремния. Эти материалы имеют кристаллическое строение, для которого характерно закономерное и упорядоченное расположение атомов в пространстве. Между атомами кристаллической решетки существуют связи, образуемые внешними (валентными) электронами, которые взаимодействуют не только с ядром своего атома, но и с ядрами соседних атомов, образуя ковалентные связи.

Рис. 1.2 – Пространственная схема кристаллической решетки кремния или германия (а) и схема связей между атомами в элементарной ячейке кристалла (б): 1 – двойная электронная связь; 2 – внешняя оболочка; 3 – атом; 4 – ядро

При абсолютном нуле все ковалентные связи заполнены, т.е. валентные электроны не оторваны от ядра, свободных электронов нет, и кремний ведет себя как изолятор. При нормальных атмосферных условиях возможны разрывы ковалентных связей, при этом образуются свободные электроны, а на месте разрыва создается положительный избыточный заряд, названный дыркой. Количество дырок и электронов в чистом полупроводнике равно (n_d=n_e).

Если приложить внешнее напряжение U_а, то электроны будут двигаться к положительному полюсу, а дырки – к отрицательному полюсу, создавая электронный и дырочный ток. Так как свободных электронов и дырок мало, то практического применения чистые полупроводники не имеют.