Власна провідність напівпровідників

 

• Внутрішня структура напівпровідників.

До напівпровідників відноситься велика кількість речовин, які займають по своїх електричних властивостях проміжне положення між провідниками й діелектриками. Для напівпровідників j = 1 ²¸ 10^-8 См/м (j - питома електропровідність). Для провідників j = 1⁴¸10³ См/м; для діелектриків j < 10^-12 См/м. Найважливішою властивістю й ознакою напівпровідників є залежність їх електричних властивостей від зовнішніх умов Т, Е, р и т.д. Характерна риса напівпровідників полягає в зменшенні їх питомого опору зі збільшенням температури. Для напівпровідників характерна кристалічна будова з ковалентним зв'язком між атомами.

• Власна провідність напівпровідників.

Під дією зовнішніх факторів деякі валентні електрони атомів здобувають енергію, достатню для звільнення від ковалентних зв'язків.

 

Вихід з ковалентного зв'язку електрона на енергетичній діаграмі відповідає переходу з валентної зони в зону провідності. При звільненні електрона з ковалентного зв'язку в останній виникає як би вільне місце, що володіє елементарним позитивним зарядом, рівним по абсолютній величині заряду електрона. Таке, що звільнилося в електронному зв'язку місце умовне назвали діркою, а процес утвору пари одержав назву генерація зарядів. Дірка, володіючи позитивним зарядом, приєднує до себе електрон сусіднього заповненого ковалентного зв'язку. У результаті цього відновлюється один зв'язок (цей процес називається рекомбінацією) і руйнується сусідній. Тоді можна говорити про переміщення позитивного заряду - дірки по кристалу. Якщо на кристал діє електричне поле, рух електронів і дірок стає впорядкованим і в кристалі виникає електричний струм. При цьому діркову провідність називають провідністю р- типу (positive - позитивний), а електронну провідністю n- типу (negative - негативний).

У хімічно чистому кристалі напівпровідника (число домішок 10¹⁶м^-3), число дірок завжди дорівнює числу вільних електронів і електричний струм у ньому утворюється в результаті одночасного переносу заряду обох знаків. Така електронно-діркова провідність називається власною провідністю напівпровідника.

j = j _n + j _p

j - щільність струму електронів (n) і дірок (р).

У власному напівпровіднику рівень Ферми перебуває в середині забороненої зони. Тому що енергія активації, рівна ширині забороненої зони йде на перевід електрона з верхнього рівня валентної зони на нижній рівень зони провідності й одночасно на появу дірки у валентній зоні. Т.т. енергія, витрачена на створення пари носіїв струму ділиться на дві рівні частини, і в такий спосіб початок відліку для кожного із цих процесів (перехід електрона та народження дірки) повинен перебувати в середині забороненої зони.

Кількість електронів, що перейшла у зону провідності й кількість дірок, що утворилася ~

таким чином, питома провідність власних напівпровідників

γ - постійна, обумовлена видом речовини.

Тобто зі збільшенням Т γ збільшується, тому що з погляду зонної теорії зростає число електронів, які в наслідку теплового збудження переходять у зону провідності.

,

т.т.

По нахилу лінії ln γ можна визначити ширину забороненої зони D E.