ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Собственная проводимость возникает при переходе электронов с верхних уровней валентной зоны
в зону проводимости. Для этого необходимо затратить энергию не менее ширины запрещенной зоны
(энергия активации).
Собственная проводимость носит смешанный электронно-дырочный характер. Ушедший со своего
места электрон оставляет вместо себя «дырку», эквивалентную положительному заряду. Ее может за-
нять другой электрон, тогда «дырка» сместится.
Такой вид проводимости существует у полупроводников, свободных от примесей (химически чис-
тые германий, кремний, теллур, селен и др.).
В этом случае при абсолютном нуле температуры над полностью занятой электронами валентной
зоной расположена свободная зона проводимости. Электроны на ее уровни переходить не могут, и по-
лупроводник, в смысле проводимости, эквивалентен диэлектрику.
Увеличение температуры обеспечивает электронам энергию, необходимую для такого перехода. В
зоне проводимости появляются электроны, а в валентной зоне – «дырки». И, чем уже запрещенная зона,
тем больше электронов оказывается в зоне проводимости при одной и той же температуре. Например, в
германии с шириной запрещенной зоны 66,0
=
∆E эВ уже при комнатной температуре их концентрация
составляет
19
10≈ м
-3
.
В то время, как у алмаза с
2,5
=
∆E эВ она
4
10≈ м
-3
.
Если приложить внешнее электрическое поле, то возникает направленное движение электронов в
зонах проводимости и валентной, обеспечивающее возникновение электрического тока.
Однако при указанной концентрации носителей заряда удельные сопротивления германия и алмаза
составят соответственно 0,48 и 10
4
Ом⋅м. Первый проводит ток, а второй является фактически диэлек-
триком. Но при повышении температуры до 600 К проводимость алмаза резко возрастает и становится
сравнимой с проводимостью германия при комнатной температуре.
Здесь, на примере алмаза, мы подошли к отмеченной ранее условности разделения твердых тел на
полупроводники и диэлектрики. При комнатной температуре – это диэлектрик, при повышенной – по-
лупроводник.
Следует отметить, что проводимость в полупроводниках может возбуждать не только повышение
температуры, но и световое, ионизирующее и другие виды излучений.
Примесная проводимость обусловлена наличием в кристаллах примесных атомов. Практически от
них при производстве полупроводниковых материалов невозможно избавиться полностью. Примеси
сильно влияют на свойства полупроводника. Они создают дополнительные энергетические уровни в
разрешенных и запрещенных зонах и тем самым стимулируют дополнительные переходы носителей за-
ряда.
Человек научился управлять свойствами полупроводников с помощью тех или иных примесей, до-
бавляя их в необходимом количестве, или, достигая высокой степени очистки вещества. Развитие, на-
пример, микроэлектроники, таким образом, тесно связано и с достижениями химической промышлен-
ности.
Наибольшее практическое применение имеют два типа примесей – с большей и меньшей валентно-
стью по сравнению с самим полупроводником.
Если к четырехвалентному германию добавить примесь пятивалентного элемента (фосфор, сурьма,
мышьяк), то четыре электрона примеси смогут создать связи с атомами германия. а один останется сво-
бодным, его и легче перевести в свободную зону проводимости.
Уровни примесных электронов расположены в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости
(рис. 5.4, а). Это донорные уровни, которые поставляют электроны в зону проводимости. Возникает
электронная примесная проводимость (n-типа). А дырки остаются на неподвижных атомах примеси и
в создании электропроводности участия не
принимают.
Если же к герма- нию добавить трехвалентный элемент
(бор, алюминий, индий), то последний будет заим-
ствовать один электрон у атома германия, где возникнет
«дырка». Она заполнится следующим электроном от
германия, а сама сме- стится. Другими словами,
незаполненные уровни атомов примеси могут заселяться элек-
тронами полупровод- ника из валентной зоны. Такие уровни
. 5.4
) a
)
б
ЗОНА
ПРОВОДИМОСТИ
УРОВЕНЬ ДОНОРОВ
ВАЛЕНТНАЯ ЗОНА
СВОБОДНАЯ ЗОНА
ЗОНА ПРОВОД
-
мости дырок
АКЦЕПТОРНЫЙ
уровень
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- …
- следующая ›
- последняя »
