Собственная электропроводность п/п.

Валентные электроны в п/п слабо связаны с ядром, поэтому при соответствующей дополнительной энергии они могут отрываться от атома и становиться свободными, совершать хаотическое движение в межатомном пространстве п/п.

Для того, чтобы валентный электрон стал свободным, его энергия должна превышать энергию ширины запрещающей зоны.

1 эВ– это энергия, которую нужно затратить для перемещения электрона в поле с разностью потенциалов в 1В.

При абсолютном нуле все электроны п/п находятся на своих орбитах. Свободных электронов нет. Электропроводность равна 0. При повышении температуры ситуация меняется. При комнатной температуре, если бы тепловая энергия была распределена между всеми электронами, то они получили бы по 0,025 эВ, т.е. значительно меньше, чем нужно для отрыва от атома. Свободных носителей не было бы. Но в действительности тепловая энергия распределена неравномерно, и при комнатной температуре небольшая часть валентных электронов п/п получает энергию, достаточную для отрыва от атома.

Когда валентный электрон становится свободным, то одна ковалентная связь разрывается. Отсутствие одного электрона в ковалентной связи называется дыркой. Процесс образования свободного электрона и дырки называетсяионизацией, или генерацией носителей заряда. Дырка может быть заполнена:

• Электроном, перешедшим с соседней ковалентной связи, вследствие беспорядочного хаотического теплового движения;

• Свободным электроном. В этом случае исчезают два носителя. Процесс заполнения дырки свободным электроном называется рекомбинацией.

Поскольку при ионизации одновременно появляется и дырка и электрон, а при рекомбинации они оба исчезают, то в собственном п/п число дырок всегда равно числу свободных электронов.

N_I =P_I

Процессы ионизации и рекомбинации протекают в п/п непрерывно, но в стационарных условиях число случаев ионизации равно числу случаев рекомбинации. Поэтому в п/п поддерживается определённая концентрация носителей – равновесная, которая зависит от температуры и от ширины запрещённой зоны.

Приложим к п/п напряжение. Под действием э.п. свободные электроны, совершая тепловое хаотическое движение в межатомном пространстве, начнут дрейфовать в сторону анода (сэ1). Они будут создавать обычный электронный ток, как в металлах.

U

1 2 3 4 сэ2

+-

АК

сэ1

Но в отличие от металлов в п/п будет протекать ещё один ток. Он будет возникать в результате перехода электронов с орбиты ковалентной связи одной пары атомов на орбиту с дыркой ковалентной связи соседней пары атомов, расположенных в направлении анода. Сначала электроны будут уходить с ковалентной связи атомов, расположенных более близко к аноду, затем с соседнего атома и т.д. Дырка, таким образом, переходит от левого края п/п к правому. Дойдя до крайней правой пары атомов, она рекомбинирует со свободным электроном сэ2, поступающим с катода.

Скорость перемещения валентных электронов в 2-3 раза меньше скорости дрейфа свободных электронов. Валентные электроны обладают меньшей энергией, чем свободные. Для того, чтобы различать эти два тока, ток, образованный перемещением валентных электронов, называется дырочным током.

В п/п под действием э.п., созданного источником, возникает ток, называемый дрейфовым.Он имеет две составляющие: дырочную и электронную:

I_др=I_Nдр+I_Pдр

Более объективной характеристикой является плотность дрейфового тока:

J_др=j_Nдр+j_Pдр=qN_I_NE+qP_I_PE

E– напряжённость

P_I,N_I–концентрация носителей

 - коэффициенты подвижности носителей заряда.

Подвижность носителей заряда– это их средняя направленная скорость в э.п. с напряжённостью 1 В/см.