Основы полупроводниковой электроники. Яровой Г.П - 24 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

47
ника двух свободных носителей заряда: отрицательного еди-
ничного заряда − электрона, и противоположного ему по зна-
ку положительного единичного заряда − дырки. Электропро-
водность, возникающая в кристалле полупроводника за счет
нарушения валентных связей, называется собственной элек-
тропроводностью.
Необходимо заметить, что все процессы, которые мы
рассматривали выше, являются, вообще говоря, обра-
тимыми.
Наряду с переходами электронов с нижних уровней на более
высокие происходят и обратные переходы электронов с бо-
лее высоких уровней на более низкие. Электроны при этом
теряют энергию, отдавая ее кристаллической решетке или
излучая электромагнитные колебания. Особое внимание об-
ратим на то, что одновременно с генерацией пар электрон −
дырка происходит и процесс восстановления нарушенных
связей. Свободный электрон при этом возвращается в нару-
шенную связь, т.е. переходит из зоны проводимости в ва-
лентную зону, заполняя в ней один из свободных уровней.
Пара электрон − дырка при этом исчезает. Такой процесс но-
сит название рекомбинации.
E
E
C
E
V
Рис. 3.4. Генерационно-рекомбинационные процессы в собст-
венном полупроводнике
48
При некоторой установившейся температуре кристалл
находится в состоянии термодинамического равновесия.
Процесс генерации уравновешивается процессом рекомби-
нации. В единичном объеме полупроводника все время име-
ется некоторое определенное для данного полупроводника и
данной температуры количество свободных носителей заряда
(количество носителей зарядов в единичном объеме, напри-
мер, в 1 см
3
, называется концентрацией). С повышением
температуры число пар, генерируемых в единицу времени,
возрастает. Однако повышение концентрации свободных но-
сителей приводит к повышению вероятности рекомбинации.
Число рекомбинаций в единицу времени также возрастает. В
результате среднестатистическая концентрация свободных
носителей с повышением температуры возрастает.
Следует помнить, что для состояния термодинамиче-
ского равновесия равенство скоростей рекомбинации и ге-
нерации совершенно обязательно.
Полупроводники любой степени чистоты всегда содержат
примесные атомы, создающие свои собственные энергетиче-
ские уровни, получившие название примесных. Эти уровни
могут располагаться как в разрешенных, так и в запрещенной
зонах полупроводника на различных расстояниях от вершины
валентной зоны и дна зоны проводимости. В ряде случаев
примеси вводят сознательно для придания полупроводнику
необходимых свойств.
Рассмотрим основные типы примесных уровней.
Донорные уровни. Предположим, что в кристалле крем-
ния часть атомов кремния замещена атомами пятивалентного
фосфора. Кремний имеет решетку типа алмаза, в которой ка-
ждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями, свя-
занными с ним валентными силами. От каждого из четырех
соседей атом кремния принимает на свои свободные орбитали
по одному электрону и в свою очередь делится своими че-
тырьмя валентными электронами с соседними атомами. Та-
ким образом, все восемь орбиталей валентной оболочки

Страницы