2) Собственная проводимость

Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».

Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:

где   - удельное сопротивление,   — подвижность электронов,   — подвижность дырок,   — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602·10⁻¹⁹ Кл).

Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид:

3) Дырочные полупроводники (р-типа)

Полупроводник p-типа

Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.

Проводимость p-полупроводников приблизительно равна:

4) Электронные полупроводники (n-типа)

Полупроводник n-типа

Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например,мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.

Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:

6) В отсутствие сильных магнитных полей физические свойства

полупроводника, связанные с его электрической проводимостью,

описываются системой из пяти основных уравнений, называемой

ф

ундаментальной системой уравнений полупроводника:

г

де уравнения (2.31) и (2.32) являются уравнениями для плотностей электронного и дырочного токов, (2.33) и (2.34) – уравнения нерпрерывности, (2.35) – уравнение Пуассона. В этих уравнениях использованы следующие дополнительные обозначения: Rp и Rn – число рекомбинировавших носителей заряда (дырок и электронов, соответственно) в единицу времени, Gp и Gn – число появившихся носителей заряда (дырок и электронов, соответственно) в результате их тепловой генерации в единицу времени. Эти величины связаны с временами жизни свободных носителей:

7) Контакт полупрводников р- и п-типа (р-п-переход)

Любой р-п-переход представляет собой структуру, состоящую из двухслойного полупроводника, один слой которого легирован акцепторными примесями, другой – донорными. При комнатных температурах (Т ≈ 300 К) и равновесных ермодинамических условиях концентрации основных носителей в этих слоях будут соответствовать приблизительным равенствам

а концентрации неосновных носителей –

Обычно реализуется неравенство

Для резкого р-п-перехода суммарные заряды слоев объема пространственного заряда (ОПЗ) зависят от концентрации ионизированных атомов и для комнатной температуры близки к значениям

где S – площадь границы между областями полупроводниковой структуры с различным типом проводимости. Плотность слоя отрицательного заряда равна q , а ротивоположного слоя - q. .

8)

называемые граничными условиями Шокли.

Из приведенных уравнений видно, что при прямом напряжении на р-п-переходе через него идет переброс основных носителей заряда, называемый инжекцией. При малых прямых напряжениях уровень инжекции оказывается таким, что в областях с п- и р-типами проводимости условие электронейтральности, записываемое в виде равенства

p n =0,

9) уравнение вольтамперной характеристики (ВАХ) р-п-перехода:

Плотность тока насыщения J_s равна:

   (2.63)

ВАХ p-n перехода, описываемая соотношением (2.62), приведена на рисунке 2.17.