4.7.3 Температурна залежність провідності напівпровідників

З ростом температури збільшується ймовірність переходу електронів в зону провідності з валентної зони.

Із статистики відомий зв’язок . N() – густина носіїв в зоні. Значить, концентрація . Але , тому .

Із збільшенням температури провідність напівпровідників збільшується на відміну від металів.

Існує 3 ділянки на температурній залежності провідності напівпровідників (рис. 4.11). Для провідника n-типу:

1) При низьких температурах по мірі збільшення температури збільшується кількість носіїв внаслідок переходу електронів в зону провідності з донорних рівнів. Це - ділянка домішкової провідності.

2) Насичення відповідає такому стану, при якому всі домішки іонізовані, тобто всі електрони перейшли у донорного напівпровідника в зону провідності з донорного рівня, а у акцепторного – аналогічно – на акцепторний рівень із валентної зони.

При цьому ще не достатньо енергії для переходу електронів із валентної зони в зону провідності. На цій ділянці температурний хід провідності подібний температурному ходу провідності металів.

3) Третя ділянка відповідає області власної провідності. При цьому електрони з валентної зони переходять в зону провідності, і провідність забезпечується носіями двох типів: електронами і дірками.

По залежності можна знайти ширину забороненої зони Е₀ напівпровідника та енергію домішкових рівнів.

4.8 Напівпровідникові прилади

4.8.1 P-n-перехід. Його утворення

P-n-перехід - це область, збіднена вільними носіями, утворена при контакті напівпровідників p- та n-типу, коли внаслідок дифузії з n-типу електрони, де їх багато, переходять в напівпровідник p-типу, а дірки з напівпровідника p-типу переходять в напівпровідник n-типу.

Концентрація дірок в p-області на шість порядків вище їх концентрації в n-області; так само концентрація електронів в n-області на шість порядків вище їх концентрації в p-області. Така різниця в концентраціях і викликає відповідно дифузійні потоки частинок. При цьому n-область, із якої дифундували електрони, заряджається позитивно, а p-область, із якої дифундували дірки, заряджається негативно. В приконтактному шарі n-області з’являється нерухомий позитивний об’ємний заряд іонізованих атомів донорної домішки, а в приконтактному шарі p-області – нерухомий негативний об’ємний заряд акцепторної домішки (рис. 4.12). При дифузії у зустрічних напрямках через приграничний шар дірки і електрони рекомбінують між собою, тому область p-n-перехода і є збідненою носіями, а значить, має великий опір.

При наявності p-n-переходу виникає електричне поле з потенціальним бар’єром _к, яке припиняє процес руху нових дірок із p-області в n-область і нових електронів з n-області в pобласть. Висота бар’єру

, де - концентрація електронів в n-області N_d основні

- концентрація дірок в p-області N_А носії

- концентрація дірок в n-області неосновні носії

- концентрація електронів в p-області , <<N_d i N_A відповідно.

Як видно із рис. 4.13 із утворенням контактної різниці потенціалів, зони в області p-n-переходу викривляються, рівень Фермі в p i n-області встановлюється на одному рівні.