Электропроводность полупроводников. Полупроводники — вещества, например, кремний, германий, селен, закись меди, проводимость которых значительно меньше

ЭЛЕКТРОНИКА

Полупроводники — вещества, например, кремний, германий, селен, закись меди, проводимость которых значительно меньше, чем у металлов, но значительно больше, чем у диэлектриков. Кремний и германий — основные полупроводниковые материалы, обнаруживают свойства полупроводников при очень высокой степени химической чистоты. Они относятся к четырехвалентным элементам, т.е. имеют на внешней электронной оболочке каждого атома четыре валентных электрона, которые могут вступать в связи с соседними атомами. Кристалл германия построен таким образом, что каждый из четырех валентных электронов связан с одним из соседних атомов. Посредством этих связей у германия образуется кристаллическая решетка, такая же, как у алмаза. Каждые два соседних атома кристаллической решетки связаны между собой двумя валентными электронами (рис. 1).

Рис. 1. Схема связей в кристаллической решетке германия

С увеличением температуры вещества такие связи вследствие увеличения тепловых колебаний могут разрушаться, и электроны становятся свободными. Этих электронов с их отрицательными зарядами будет недоставать у отдельных атомов германия, каждый из которых соответственно имеет положительный элементарный заряд. Дефицит электронов у атома может покрываться за счет соседних связей, что приводит к перемещению дефектного места — дырки, которая перемещается от атома к атому, совершая неупорядоченное движение, подобное движению свободных электронов. Этот процесс эквивалентен движению положительного элементарного заряда по тому же пути. Внешнее электрическое поле действует на дырку в направлении поля, так же, как на положительный заряд, ускоряя ее перемещение. Таким образом, в полупроводниках имеются два различных типа проводимости — проводимость за счет перемещения свободных электронов и проводимость за счет перемещения дырок. Первая из них называется проводимостью n-типа, или электронной проводимостью, вторая — проводимостью р-типа, или дырочной проводимостью.

Путем внесения в полупроводник малых количеств примесей элементов третьей (бор, индий) или пятой (мышьяк, сурьма) группы имеется возможность влиять на величину и характер проводимости.

Примеси третьей группы называют акцепторами, или приемниками электронов. Полупроводники с такими примесями, характеризующиеся дырочной проводимостью, называют полупроводниками р-типа. После перемещения дырки атом примеси будет представлять собой закрепленный в решетке отрицательный ион.

Примеси пятой группы называют донорами, или источниками. Полупроводники с такими примесями, характеризующиеся преобладанием свободных электронов, являются полупроводниками n-типа. После перемещения электрона атом примеси будет представлять собой закрепленный в решетке положительный ион.