Основы полупроводниковой электроники. Яровой Г.П - 23 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

45
чающими большей энергии. Во внешнем электрическом поле
появляется направленное изменение электронного импульса.
Скорость дрейфа определяется электрическим полем и под-
вижностью электронов, задаваемой величиной эффективной
массы в данной зоне. Ситуация здесь отличается от ситуации,
наблюдаемой в металле. Во-первых, концентрация электро-
нов очень низкая, так что существенны только состояния,
близкие ко дну зоны проводимости, т.е. к границе зоны Е
C
.
Во-вторых, низкая степень заселения уровней означает, что
здесь больше подходит статистика Максвелла−Больцмана,
чем Ферми−Дирака, применявшаяся в теории свободных
электронов металла.
В общую электропроводность, кроме электронов из зоны
проводимости, вносят вклад свободные состояния на верши-
не валентной зоны. Эффективная масса дырки отличается от
эффективной массы электрона, и они обе изменяются от од-
ной энергетической зоны к другой. Поскольку у электронов и
дырок подвижности различные, то и вклад каждой зоны в
общую электропроводность будет разный.
3.5. Электроны и дырки.
Доноры и акцепторы
Итак, с уходом электрона в одной из валентных связей
появляется "вакантное" место, которое может быть занято
одним из валентных электронов соседних связей. На зонной
модели такой переход электрона из заполненной связи в де-
фектную изображается переходом электрона внутри валент-
ной зоны на освободившийся уровень.
Естественно, что при переходе электрона из заполненной
связи в дефектную дефектная связь заполняется, а заполнен-
ная связь становится дефектной. Переход электрона соответ-
ствует перемещению дырки в обратном направлении. Дефект
(дырка) будет при этом перемещаться из связи в связь. Вместе
с этим из связи в связь будет перемещаться и положительный
46
заряд. Процесс этот будет носить случайный характер, траек-
тория движения дырки будет подчиняться законам хаотиче-
ского движения. Однако это будет иметь место только в том
случае, если в кристалле отсутствует электрическое поле. Ес-
ли поместить кристалл в электрическое поле, то переходы
электронов из связи в связь, при которых дырка (положитель-
ный заряд) перемещалась бы вдоль линий электрического по-
ля, станут более вероятными.
Направленное перемещение положительного заряда −
дырки − в электрическом поле уже есть протекание электри-
ческого тока. Строго говоря, носителями заряда и в этом слу-
чае являются электроны. Перенос тока осуществляется за
счет поочередного перехода электронов из одной связи в дру-
гую, т.е. за счет поочередного перемещения валентных элек-
тронов в валентной зоне. Однако практически гораздо удоб-
нее рассматривать непрерывное движение положительного
заряда, образующегося в дефектной связи, чем поочередное
движение электронов из связи в связь.
Представление о дырке используется не только в упро-
щенном изложении механизма электропроводности. Матема-
тический анализ поведения валентных электронов также уп-
рощается, если рассматривать эквивалентное перемещение
положительного заряда. В конце концов, положительный за-
ряд дырки не является математической абстракцией, а суще-
ствует реально и наблюдается в ряде физических экспери-
ментов. Определенным допущением является лишь представ-
ление о движении дырки как о непрерывном перемещении в
пространстве некоторого сосредоточенного заряда.
Не следует смешивать дырку с ионом, например, в элек-
тролите. В электролите ионизированный атом перемещается
в пространстве. В кристаллической решетке атомы не пере-
мещаются и стационарно расположены в узлах решетки.
Движение дырки есть поочередная ионизация неподвиж-
ных атомов.
Таким образом, нарушение валентной связи за счет тепло-
вой энергии приводит к появлению в кристалле полупровод-

Страницы