2015-06-26
1456
Напівпровідники при Т= 0 К характеризуються повністю зайнятою електронами валентною зоною, відокремленою від зони провідності порівняно вузькою 
забороненою зоною.
У природі напівпровідники існують у вигляді хімічних елементів (елементи 
, 
, 
груп), наприклад, 
, 
, 
, 
, 
, i хімічних сполук (оксиди, сульфіди, селеніди, сплави елементів різних груп).
Розрізняють власні і домішкові напівпровідники. Власними напівпровідниками є хімічно чисті напівпровідники, їх провідність називається власною провідністю.
На рис. 6.3 наведена спрощена схема зонної структури власного напівпровідника (
– верхній енергетичний рівень валентної зони; 
– нижній енергетичний рівень зони провідності). При Т =0 К валентна зона власного напівпровідника укомплектована повністю електронами, а зона провідності, яка розміщена над валентною зоною на відстані 
, є незаповненою.
Отже, при T= 0 К і за відсутності інших зовнішніх факторів власні напівпровідники ведуть себе як діелектрики. При підвищенні температури електрони з верхніх рівнів валентної зони можуть переходити на нижні рівні зони провідності (рис. 6.4). При накладанні на кристал електричного поля електрони рухаються в зоні провідності проти поля і створюють електричний струм.
Провідність власних напівпровідників, яка зумовлена електронами, називається електронною провідністю або провідністю n – типу.
Внаслідок теплових переходів електронів із валентної зони в зону провідності у валентній зоні виникають вакантні стани, які називаються дірками. У зовнішньому електричному полі на місце, яке звільнилось від електрона – дірку може переміститися електрон із сусіднього рівня, а дірка появиться в тому місці, яке звільнив електрон і т.д. Такий процес рівнозначний переміщенню дірки в напрямку, протилежному до руху електрона.
Провідність власних напівпровідників, зумовлена дірками, називається дірковою провідністю або провідністю р–типу.
Число електронів в зоні провідності дорівнює числу дірок у валентній зоні, тобто 
.
У власних напівпровідниках спостерігаються два механізми провідності – електронна і діркова.
Провідність напівпровідників завжди є збудженою, тобто появляється лише під дією зовнішніх факторів (температури, опромінювання, сильних електричних полів і т.д.).
Концентрацію 
електронів у зоні провідності і концентрацію 
дірок у валентній зоні для власного напівпровідника можна розрахувати за формулою [1]:
. (6.1)
де 
і 
– ефективна маса електрона і дірки, відповідно.
Звідси видно, що концентрація носіїв струму у власному напівпровіднику визначається шириною забороненої зони і температурою напівпровідника T.
Внаслідок наявності у власному напівпровіднику двох типів носіїв струму– електронів і дірок, його питома електропровідність 
складається з провідності 
, яка обумовлена наявністю вільних електронів, що мають рухливість 
, і провідності 
, яка обумовлена наявністю дірок, що мають рухливість 
. Повна питома провідність власного напівпровідника дорівнює [1]
. (6.2)
Розрахунок значень рухливостей 
і 
показує, що
і 
.
Тоді
. (6.3)
З цього виразу видно, що при 
, 
, тобто 
визначає питому провідність напівпровідника при 
.
У напівпровідниках поряд з процесом генерації електронів і дірок відбувається і процес рекомбінації: електрони переходять із зони провідності у валентну зону, віддаючи енергію ґратці або випускаючи кванти електромагнітного випромінювання. В результаті для кожної температури у власному напівпровіднику встановлюється певна рівноважна концентрація електронів і дірок.
