Собственная проводимость полупроводников
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, которой можно управлять, изменяя напряжение, температуру освещенность и другие факторы.
Проводниковые материалы делятся по составу:
1) простые полупроводники - материалы, основной состав которых образован атомами одного химического элемента (германий, кремний, селен, теллур);
2) полупроводниковые соединения – материалы, состав которых образован атомами различных химических элементов. К этой группе относятся твердые растворы и химические соединения типа АmBn, где верхние индексы m и n обозначают группы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
а) сложные полупроводники типа АIV BIV;
б) сложные полупроводники типа АIII BV;
в) сложные полупроводники типа АII BVI;
г) сложные полупроводники типа АIV BVI;
д) сложные полупроводники типа А2V B3VI;
е) оксидные полупроводники;
ж) стеклообразные полупроводники;
и) органические полупроводники.
Наибольшее применение нашли неорганические кристаллические полупроводники.
В зависимости от характера электропроводимости различают собственные и примесные полупроводники.
ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Собственная проводимость полупроводников
Такая проводимость может быть рассмотрена на примере кремния, который является элементом IV группы Периодической системы химических элементов Д. И Менделеева. Эти элементы образуют алмазоподобную модификацию гранецентрированной кубической решетки, в которой каждый атом, расположенный в узле кристаллической решетки, окружен четырьмя другими атомами и связан с ними ковалентной связью. Все электроны внешних оболочек участвуют в образовании ковалентных связей и свободные носители, создающие электропроводность, отсутствуют (рис. 1,а) Для того чтобы электрон превратился в свободный носитель заряда, необходимо сообщить ему дополнительную энергию, достаточную для разрыва ковалентной связи (рис. 1,б). Такая энергия определяется шириной запретной зоны и называется энергией активации (рис. 1,в).
Рис. 1. Собственный полупроводник:
а – модель кристаллической решетки кремния без воздействия на него электрического поля; б – модель кристаллической решетки кремния при помещении его в электрическое поле; в - зонная диаграмма активизированного полупроводника
При разрыве ковалентной связи освободившийся электрон под действием тепловой энергии хаотически движется по объему полупроводника. На месте оторвавшегося электрона остается положительно заряженная незаполненная связь с зарядом, который равен заряду электрона, называемая дыркой. При отсутствии внешнего электрического поля дырка, как и электрон, совершает хаотические движения.
При этом сама дырка, в отличие от электрона, не перемещается по кристаллу. Ее движение связано с тем, что за счет энергии тепловых колебаний решетки электрон соседней ковалентной связи может пополнить свободную ковалентную связь в атоме с дыркой. В результате этого атом, у которого заполняются все связи, становится нейтральным, а в атоме, потерявшем электрон, образуется дырка (рис. 2,б). Создается впечатление движения дырок.
Проводимость полупроводника, которая возникает в результате разрыва собственных ковалентных связей, называется собственной.
Собственная электропроводность полупроводника складывается из электронной электропроводности и дырочной электропроводности : .
Дата добавления: 2015-11-12; просмотров: 681;