Основні властивості питомої електропровідності напівпровідників

Питома електропровідність залежить від зовнішніх факторів – зростає під дією іонізуючого випромінювання, світла, енергетичних впливів, а також при збільшенні температури й при введені домішок у напівпровідник.
.

Для напівпровідника характерна кристалічна будова атома, тобто атоми розташовані певним чином на однокових відстанях один від одного, в результаті чого утворюються кристалічні решітки. Між сусідніми атомами у кристалічній решітці існують ковалентні зв’язки, що утворюються валентними електронами.

Ідеальноюназивається кристалічна решітка, в якій кожен валентний електрон зв’язаний ковалентним зв’язком з іншими атомами речовини.

Власна провідність напівпровідників

Під дією зовнішніх факторів деякі валентні електрони набувають енергію, достатню для звільнення від ковалентних зв’язків. Вони стають вільними і залишають атом, що перетворюються у позитивний іон. Цей перехід має імовірнісний характер. Функція Фермі-Дірака визначає імовірність того, що енергетичний рівень з енергією при температурібуде зайнятий електроном,

де – рівень Фермі (енергія Фермі) – енергетичний рівень, який за будь-якої температури буде зайнятий електроном з імовірністю 1\2;– стала Больцмана.

За збільшенням температури концентрація вільних електронів у напівпровіднику зростає за експоненціальним законом

де – кількість вільних електронів у одному сантиметрі кубічному речовини;– деякий коефіцієнт;– ширина забороненої зони.

Рис.6

Енергетична діаграма бездомішкового напівпровідника й розподіл Фермі-Дірака при різних температурах показані на рис.6, де – енергії енергетичних рівнів;– імовірність;– рівень Фермі;– максимальний енергетичний рівень валентної зони;– мінімальна енергія зони провідності. Крива 1 відповідає розподілу Фермі-Дірак для температури абсолютного нуля; крива 2 – розподіл Фермі-Дірака для кімнатної температури; крива 3 – розподіл Фермі-Дірака при значному зростанні температури.

При звільненні електроном ковалентного зв’язку, у цьому зв’язку виникає вільне місце, що називають діркою. Дірка має позитивний заряд, рівний по абсолютній величині заряду електрону.

Процес утворення пари «електрон-дірка» називають генерацієюзарядів. Оскільки дірка має позитивний заряд, вона може приєднати до себе електрон сусіднього заповненого ковалентного зв’язку. У результаті цього відновлюється один ковалентний зв'язок й руйнується сусідній.

Такий генераційно-рекомбінаційний процес безупинно повторюється й дірка при переході від одного зв’язку до іншого, буде переміщуватися по кристалу, що рівносильне переміщенню позитивного заряду рівного за величиною заряду електрона.

Якщо зовнішнє поле відсутнє, то електрони й дірки переміщуються у кристалі хаотично (струм у напівпровіднику не виникає). Якщо кристал знаходиться під дією електричного поля, то рух дірок і електронів стає впорядкованим і у кристалі виникає електричний струм.

Розрізняють дві провідності напівпровідника: електронну (типу n) та діркову (типу p).

Напівпровідник без домішок називають власнимнапівпровідником, а його провідність, що обумовлена генерацією пар «електрон-дірка», називаютьвласною провідністю.

Для власного напівпровідника характерно співвідношення