Собственная проводимость полупроводников

Внутренняя структура полупроводников.

К полупроводникам относится большое количество веществ, которые занимают по своим электрическим свойствам промежуточное положение между проводниками и диэлектрикой. Для полупроводников j = 1 ²,10^-8 См/м (j - удельная электропроводимость). Для проводников j = 1 ⁴,10³ См/м; для диэлектриков j >10^-12 См/м.

Важнейшим свойством и признаком полупроводников является зависимость их электрических свойств от внешних условий Т, Е, р и т.д. Характерная черта полупроводников заключается в уменьшении их удельного сопротивления с увеличением температуры. Для полупроводников характерное кристаллическое строение с ковалентной связью между атомами.

Собственная проводимость полупроводников.

Под действием внешних факторов некоторые валентные электроны атомов добывают энергию, достаточную для освобождения от ковалентных связей.

Выход из ковалентной связи электрона на энергетической диаграмме отвечает переходу из валентной зоны в зону проводимости. При освобождении электрона из ковалентной связи в последней возникает как бы свободное место, которое владеет элементарным позитивным зарядом, ровным по абсолютной величине заряда электрона. Такое, которое освободилось в электронной связи место условное назвали дырой, а процесс образования пары получил название генерация зарядов. Дыра, владея позитивным зарядом, присоединяет к себе электрон соседней заполненной ковалентной связи. В результате этого возобновляется одна связь (этот процесс называется рекомбинацией) и разрушается соседний. Тогда можно говорить о перемещении позитивного заряда - дырах по кристаллу. Если на кристалл действует электрическое поле, движение электронов и дыр становится упорядоченным и в кристалле возникает электрический ток. При этом дырочную проводимость называют проводимостью р -типу (positive - позетивный), а электронную проводимостью n -типу (negative - негативный).

В химически чистом кристалле полупроводника (число примесей 10¹⁶м^-3), число дыр всегда равняется числу свободных электронов и электрический ток в нем образуется в результате одновременного переноса заряда обоих знаков. Такая электронно-дырочная проводимость называется собственной проводимостью полупроводника.

j = j_n + j_p

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

В собственном полупроводнике уровень Фермы находится в середине запрещенной зоны. Потому что энергия активации, равная ширине запрещенной зоны идет на перевід электрона из верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень зоны проводимости и одновременно на появление дыры в валентной зоне. Т.т. энергия, потраченная на создание пары носителей тока делящийся на две равных части, и таким способом начало отсчета для каждого из этих процессов (переход электрона и рождения дыры) должно находиться в середине запрещенной зоны.

Количество электронов, которое перешло в зону проводимости и количество дыр, которое образовалось ~

таким образом, удельная проводимость собственных

полупроводников

γ - постоянная, обусловленная видом вещества.

То есть с увеличением Т γ увеличивается, потому что с точки зрения зонной теории растет число электронов, которые в следствии теплового возбуждения переходят в зону проводимости.

,

т.т.

По наклону линии lnγ можно определить ширину запрещенной зоны DE.