Физические методы исследования. Семинарские занятия. Часть 2. Стариковская С.М. - 39 стр.

2.5   Полупроводниковые приемники излучения
Внутренний фотоэффект требует существенно меньшей энергии, чем внеш-
ний. Чистые полупроводники чувствительны в области спектра от видимой
до 7-8 мкм, примесные – и в более далеком ИК-диапазоне. К полупроводни-
кам относят широкий класс веществ, удельная проводимость которых при ком-
натной температуре находится в промежутке между проводимостью металлов
(106 −104 Ом−1 см−1 ) и хороших диэлектриков (10−10 −10−12 Ом−1 см−1 ). Вообще
говоря, отличие полупроводников от диэлектриков скорее количественное, чем
качественное. Тем не менее существует определенный класс веществ,которые
уже при комнатной температуре обладают четко выраженными полупроводни-
ковыми свойствами. Это, в первую очередь,элементы IV группы периодической
системы Ge и Si, атомы которых, обладая 4 валентными электронами, обра-
зуют кристаллические решетки типа алмазной; полупроводники типа AIII BV ,
являющиеся соединениями III группы (Al, Ga, In) и V группы (Pb, As, Sb) и
так далее.
   Характерной особенностью полупроводников является сильное возрастание
удельной проводимости с температурой:

                             σ = σ0 exp(−E/kT ),                        (2.16)
   где E – энергия активации проводимости (типичная энергия связи носителей
заряда).
   Так как в твердом теле атомы сближены на расстояние порядка атомно-
го радиуса, то в полупроводнике происходит непрерывный переход валентных
электронов от одного атома к другому, не приводящий к появлению электропро-
водности. Для того, чтобы через полупроводник мог течь электрический ток,
надо разорвать хотя бы одну из связей, удалить с нее электрон и перенести его
туда, где все связи уже заполнены, т.е. туда, где он будет лишним. Такой элек-
трон может переносить избыточный отрицательный заряд из ячейки в ячейку
– он становится электроном проводимости. Разорванная же связь становится
блуждающей по кристаллу дыркой – положительно заряженным образованием
с массой электрона, поскольку в условиях сильного обмена электрон соседней
связи быстро занимает место ушедшего. Именно электроны и дырки являются
свободными носителями заряда в полупроводниках.
   Электропроводность полупроводника может быть обусловлена как собствен-
ными электронами данного вещества (собственная проводимость), так и элек-
тронами примесных атомов (примесная проводимость). Примеси делятся на до-
норные и акцепторные. Доноры отдают свои электрон полупроводнику, созда-
вая проводимость n-типа. К примеру, элементы V группы являются донорами
для Ge и Si. Внедряясь в кристаллическую решетку, такой атом замещает атом
Ge (Si); 4 из его 5 валентных электронов образуют связи с атомом решетки,
а пятый электрон оказывается лишним. Не локализуясь ни на одной связи,
он оказывается электроном проводимости. Примесный атом оказывается заря-
женным положительно, что может привести к образованию слабо связанного
состояния электрона с примесным ионом. Энергия ионизации примесей мала
(до 0.01 эВ), поэтому уже при температуре жидкого азота (77 К) большинство
примесей ионизовано.


                                      39