Полупроводников

Воздействие внешних факторов на электропроводность

У полупроводников есть хоть и узкая, но запрещенная зона. Чтобы увеличить электропроводность полупроводника, нужно подвести энергию извне. Рассмотрим основные способы подведения энергии.

Увеличение температуры. Рассмотрим полупроводник с примесями. Для примесного полупроводника электропроводность равна (рис.10):

γ = γ₁·exp+ γ₂·exp,

где γ – удельная электрическая проводимость, См/м;

ΔW – ширина запрещенной зоны собственного полупроводника, эВ;

ΔW1 – энергия ионизации примесей; Т – абсолютная температура, К;

k – постоянная Больцмана; γ₁ и γ₂ – множители, не зависящие от температуры, они равны проводимости γ при Т = ∞, т. е. когда все валентные электроны перешли в зону проводимости.

Рис.10. Влияние температуры на проводимость полупроводника

В области низких температур проводимость возникает только за счет примесей. Однако при дальнейшем нагревании происходит истощение примесей, и рост проводимости прекращается. И лишь при высоких температурах начинается дальнейший рост проводимости вследствие перехода электронов основного полупроводника через запрещенную зону.

Воздействие света. Электропроводность полупроводника увеличивается под воздействием потока фотонов. Энергия фотона (в электрон-вольтах) равна

W_Ф = ,

где λ – длина волны, мкм.

Поэтому существует граничная длина волны, для которой выполняется условие W_Ф < ΔW. Например, ширина запрещенной зоны германия

ΔW = 0,72 эВ, пороговая длина волны λ = 1,8 мкм, она лежит в инфракрасной области спектра.

Влияние сильных электрических полей. Электропроводность полупроводников зависит от напряжённости электрического поля. При низких значениях напряжённости (до Е_к) соблюдается закон Ома и удельная проводимость не зависит от напряжённости поля, а при более высоких напряжённостях поля начинается рост удельной проводимости по экспоненциальному закону:

γ = γ_о·ехр(β·),

где γ_о – удельная проводимость полупроводника при Е < Е_к;

β – коэффициент, характеризующий полупроводник.

Возрастание проводимости обусловлено ростом числа носителей заряда, так как под влиянием поля они получают дополнительную энергию и более легко освобождаются тепловым воздействием. Однако при дальнейшем увеличении напряжённости начинается ударная ионизация, приводящая к разрушению структуры полупроводника (при W = mυ²/2 > ΔW).

Влияние механических усилий. Электропроводность полупроводников изменяется вследствие увеличения или уменьшения междуатомных расстояний. Ширина запрещенной зоны может как увеличиваться, так и уменьшаться при сближении атомов, и у разных полупроводников одна и та же деформация может вызывать как увеличение, так и уменьшение удельной проводимости. На данном принципе основаны тензодатчики, они фиксируют деформацию.