Основные свойства полупроводников

П/п-вые материалы имеют удельное электрические сопротивление ρ=10^-3÷10¹⁰ Ом∙см. Материалы с меньшим ρ относят к проводникам, а с большим ρ - к диэлектрикам.

При нагреве ρ проводников увеличивается, а у п/п-ков уменьшается. При добавлении примеси в металл ρ сплава становится больше. При добавлении примеси в п/п-к его ρ резко уменьшается. Также уменьшается ρ п/п-ов под влиянием внешнего электрического поля, при облучении светом или воздействии ионизированными частицами.

П/п-вые материалы имеют твердую кристаллическую структуру. К п/п-кам относятся кремний, германий, арсенид галлия, селен, теллур,.

Электропроводность вещества обусловлена перемещением валентных электронов, осуществляющих перенос электрического заряда. В п/п-ке все валентные электроны прочно связаны с кристаллической решеткой.

Германий и кремний являются элементами IV группы периодической системы элементов Менделеева. У них атомы располагаются в узлах кристаллической решетки, их связь с другими атомами осуществляется посредством четырех валентных электронов (ковалентные связи). Каждая пара валентных электронов принадлежит одновременно двум соседним атомам, при этом возникает связывающая атомы сила.

Чтобы электрон мог освободиться от связи с атомом и стать свободным, он должен получить дополнительную энергию и перейти в зону проводимости. Одновременно в валентной зоне образуется такое же число не занятых электронами (ставших вакантными) энергетических уровней. Вакантный энергетический уровень в валентной зоне называют дыркой проводимости, а сам процесс образования пар электрон — дырка — тепловой генерацией пар. В электрическом поле дырка ведет себя как частица с положительным зарядом, равным по значению заряду электрона. Затем происходит обратный процесс захвата электронов дырками. Процесс исчезновения электрона и дырки называют рекомбинацией.

Т. о., свободный от примесей п/п-к, имеющий два типа носителей заряда — электроны и дырки, приобретает способность проводить электрический ток. Электропроводность п/п-ка, обусловленную генерацией, перемещением и рекомбинацией пар электрон — дырка, называют собственной электропроводностью. Она обычно невелика. Причем как электронная, так и дырочная электропроводность обусловлена перемещением в полупроводнике только электронов. Значительно лучшей электропроводностью обладают примесные полупроводники. Если в четырехвалентный п/п-к внести пятивалентную примесь, то в нем образуется много свободных электронов. Такой п/п-к называют п/п-ком с электронной электропроводностью или n -типа. Если в четырехвалентный п/п-к добавляется примесь элемента III группы, имеющего три валентных электрона, то такой п/п-к обладает избыточным числом дырок. Его называют полупроводником с дырочной электропроводностью или р-типа.