2. Електронна та діркова провідність.

При дослідженні електричних властивостей речовини важливо розрізняти випадки, коли зона провідності зайнята незначно або, навпаки, майже до кінця. В мало заповненій зоні електрони займають нижні енергетичні рівні, які розташовані біля її дна. Рух цих електронів мало відрізняється від руху вільних електронів. У цьому випадку говорять, що провідність належить до електронного типу.

Існує інший тип провідності, що носить назву “дірковий”. В цьому випадку процеси переносу заряду відбуваються наступним чином. Валентна зона повинна бути не повністю заповненою, тобто в ній існують вільні рівні. Припустимо, що біля якогось із атомів з’явилося вільне електронне місце в ковалентному зв’язку – вакансія, що має позитивний заряд. В результаті флуктуацій якийсь із безлічі електронів, що рухається навколо сусідніх атомів, може покинути своє місце і зайняти вакансію. Такий електрон може виконати поступальний рух. Але він сам звільнив позитивну вакансію. Остання через певний час, який необхідний для створення необхідних умов для “стрибка” іншому електрону, теж буде заповнена, але звільниться інша. Рух електронів має “стрибкоподібний характер”.

Якщо таких вільних рівнів дуже багато, то електрон, відірвавшись від свого атому в силу випадкового збігу обставин, наприклад, поглинувши квант теплової енергії, починає перескакувати з рівня на рівень і рухатись по кристалу практично ніде не затримуючись. Рух електрону в цьому випадку нагадує вільний, але має “стрибкоподібний” характер. Математично зазначений стрибкоподібний характер руху електрону описувати важко. Зручніше ввести до розгляду уявний, “віртуальний” носій позитивного заряду – вакансію або “дірку”. Рух вакансій направлений протилежно руху електронів, його зручніше описувати тим же математичним апаратом, що й рух вільних електронів, оскільки рух вакансій можна вважати вільним. Для дірки, як і для електрону, вводять поняття ефективної маси, при цьому . Маса дірки більша за масу вільного електрона, оскільки дірка більш інерційна, ніж вільний електрон. Останнє викликано, як було зазначено раніше, тим, що рух дірки викликаний перескоком електрону з зайнятого ним рівня на вакансію. А для цього потрібен більший час, ніж вільному електрону для подолання такої ж відстані.У цьому випадку говорять про дірковий тип провідності.

Електронний тип провідності характерний для більшості чистих металів. Але в ряді металів (берилій, кадмій та деякі інші) основними носіями електричного струму є дірки.

Питома електрична провідність провідника залежить від концентрації n та рухомості b носіїв струму. Рухомістю b (іноді ) називають відношення середньої упорядкованої швидкості носіїв (електронів та дірок) до напруженості зовнішнього електричного поля Е, яке спричиняє цей рух

.

Густина струму у провіднику рівна

, (11.1)

де  - питома електрична провідність.

З іншого боку

, (11.1а)

де е  заряд електрона.

Порівнюючи (11.1) та (11.1а) побачимо, що питома електрична провідність визначається, як

= n e b . ( 11.2 )