55. Объясните процесс прохождения тока в собственном и примесном полупроводнике.

Полупроводник без примесей называют собственным полупроводником. Он обладает собственной электропроводностью, которая складывается из электронной и дырочной электропроводностью. При этом, не смотря на то, что число электронов и дырок проводимости в собственном полупроводнике одинаково, электронная электропроводность преобладает, что объясняется большей подвижностью электронов по сравнению с подвижностью дырок. Электронная электропроводность обусловлена перемещением электронов проводимости. При обычных, рабочих температурах в полупроводниках всегда имеются электроны проводимости, которые слабо связаны с ядрами атомов и совершают беспорядочное тепловое движение м/у атомами кристаллической решётки. Эти электроны под действием разности потенциалов могут начать двигаться в определённом направлении. Такое дополнительное движение и есть электр.ток. В атоме полупроводника под влиянием тепловых или других воздействий один или более удаленных от ядра валентных электронов переходит в зону проводимости. Тогда атом будет иметь один положительный заряд, численно равный заряду электрона. Отсутствие электрона в атоме полупроводника условно назвали дыркой.

В беспримесном полупроводнике при абсолютном нуле (Т=0К) все уровни валентной зоны заняты, а зоны проводимости – свободны, свободных носителей нет, электропроводность равна нулю. При повышении температуры (Т0К) отдельные электроны приобретают энергию, достаточную для перехода из валентной зоны в зону проводимости, где электрон становится свободным и может двигаться под воздействием электрического поля (см. рис. 3.1). Но при уходе из валентной зоны электрон оставляет там “вакантное” место - освободившийся разрешенный уровень, который может быть занят соседним электроном валентной зоны, т. е. появляется возможность движения свободных зарядов и в валентной зоне. Поэтому в результате акта перехода одного электрона из валентной зоны в зону проводимости в полупроводнике появляется два свободных носителя – электрон (п) в зоне проводимости и свободный уровень в валентной зоне – дырка (р). В собственном полупроводнике число свободных электронов (п_i ) и число дырок (р_i ) равны:

п_i = р_i .

Если к полупроводнику не приложено напряжение, то электроны и дырки проводимости совершают хаотическое тепловое движение и тока нет. Под действие разности потенциалов в полупроводнике возникает электрическое поле, которое ускоряет электроны и дырки и сообщает им ещё некоторое поступательное движение , представляющее собой ток проводимости. Движение носителей заряда под действием элект поля иначе называют дрейфом носителей, а ток проводимости- током дрейфа. Полный ток проводимости складывается из электронного и дырочного тока проводимости. Несмотря на то что электроны и дырки движутся в противоположных направлениях, эти токи складываются так как движение дырок представляет собой перемещение электронов.

1) электропроводность собственного полупроводника очень резко зависит от ширины запрещенной зоны, так при Т=300 К для германия n_i = 2,510¹³, для кремния n_i = 210¹⁰, т. е. электропроводность кремния на 3 порядка меньше электропроводности германия;

2) электропроводность собственного полупроводника очень сильно зависит от температуры.

Рассмотрим прохождение тока ч/з полупроводники с разным типом электропроводности(током неосновных носителей пренебрегаем). Под действием ЭДС источника в проводах, соединяющих полупроводник n-типа с источником, и в самом полупроводнике движутся электроны проводимости. В соединительных проводах полупроводника р-типа по-прежнему движутся электроны, а в самом полупроводнике ток следует рассматривать как движение дырок. Электроны с отрицательного полюса поступают в полупроводник и заполняют пришедшие сюда дырки. К положит полюсу приходят электроны из соседних частей полупроводника и в этих частях образуются дырки.