Электрический ток в полупроводниках. Строение полупроводников. Зависимость удельного сопротивления от температуры. Электронная и дырочная проводимость.

Электрический ток проводят твёрдые, жидкие и газообразные тела. Металлические проводники применяются для передачи электроэнергии от источника тока к потребителям.

Хорошими проводниками являются водные растворы или расплавы электролитов и ионизированный газ – плазма. Эти проводники широко используются в технике.

 

Кроме проводников и диэлектриков (веществ со сравнительно небольшим количеством свободных заряженных частиц), имеется группа веществ, проводимость которых занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Эти вещества получили название полупроводников.

Отличие проводников от полупроводников проявляется при анализе зависимости их электропроводимости от температуры. У ряда элементов (кремний, германий, селен) и соединений удельное сопротивление с увеличением температуры не растёт, как у металлов, а наоборот, чрезвычайно резко уменьшается. Такие вещества называют полупроводниками.

Полупроводниках состоит в следующем. Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой ковалентной связью. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отделяются от атома, которому они принадлежат (коллективируются кристаллом) и при своём движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга. Каждый атом образует 4 связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них.

 

Если при температуре, равной 0⁰С, сопротивление проводника равно R ₀, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления прямо пропорционально изменению температуры t: .

Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления от температуры.

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1⁰К.

Для всех металлов . . Для растворов электролитов .

 

Электронная проводимость. При нагревании кремния кинетическая энергия частиц повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами кристаллической решётки, создавая электрический ток.

 

Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью.

Дырочная проводимость. При разрыве связи между полупроводниками образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой. В дырке образуется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, не разорванными связями.

Если напряжённость электрического поля в образце равна нулю, то перемещение дырок происходит беспорядочно и не создаёт электрического тока. При наличии электрического поля возникает упорядоченное перемещение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок.

Направление движения дырок противоположно направлению движения электронов.