§2.2. Механизм электропроводности полупроводников.

По механизмы проводимости ПП делятся на собственные и примесные. В собственных проводимость возникает при отсутствии электрически-активных примесей. Схема кристаллической решетки и зонной энергетической модели (рис2, рис3). В кристаллической решетке валентные электроны каждого атома формируют прочность кристалла, его электронные и тепловые свойства. И температуре абсолютного нуля Т=0 К все валентные электроны находятся вблизи своих атомов, т.е. в валентной зоне ниже уровня кельвина. Зона проводимости пуста, материал является диэлектриком. Проводимость возникает при приближении к комнатной температуре 300 К, когда добавочная энергия у электронов в ковалентных связях превышает ширину запрещенного зоны. Энергетически электроны пребывают в зоне проводимости в небольшом количестве, у кремния таких электронов n_i=2,5*10^10, у германия порядка 10^13 больше потому, что энергия связей в германии слабее, чем у кремния, т.е. чем более точен ПП, тем меньше в нем собственных носителей тока, обозначаемы n_i. После ухода из ковалентных связей электронов проводимости они оставляют там нескомпенсированные положительные заряды, на эти оборванные ковалентные связи могут перескакивать электроны от соседних атомов, т.е. положительные заряды, называемые дырками, движутся. Концентрация дырок равна концентрации электронов. n=p=n_i. Примесная проводимость возникает в ПП после целенаправленного введения электрически-активных примесей - химических элементов 3-й или 5-й групп. Например, ввели материал 5-й группы (фосфор). 5-ти валентные атом фосфора 4 элемента внешнего слоя отдает на формирование ковалентных связейтс соседними атомами. 5-й электрон не закреплен и при комнатной температуре отрывается, становится электронов проводимости, движется по кристаллу, т.е. энергетически находится в зоне проводимости. Для попадания в зону проводимости ему не требовалось преодолевать всю ширину запрещенного зоны, ему была необходима лишь небольшая энергия, которую мы называем энергией активации донорной примеси. Концентрация таких примесных атомов и электронов от них в приборах достигает 10^19 см^(-3), т.е. в таком материале концентрация электронов проводимости складываются из концентрации собственных и примесных электронов. Если вводим примесь 3-й группы, например Бор, тогда три соседних ковалентных связи есть, четвертой нет. Четвертая связь недостроена и при Т комнатной на нее перескакивает электрон из ковалентной связи соседнего атома. После этого атом бора превращается в отрицательный ион, а рядом с ним появляется нескомпенсированный положительный заряд (дырка), на которую могут перескакивать электроны соседних атомов, формируя дырочный ток.

Ток дырок - это перескоки электронов, движение дырок медленнее, чем электронов.

Примесные атомы бора или фосфора в дальнейшем остаются в кристаллической решетки в виде заряженных ионов и их заряды влияют на прохождение электрического тока по кристаллу. Количество вводимых примесей связано с удельным сопротивлением ПП-кристалла. ПП с дырочным механизмом электропроводности имеет более высокое электросопротивление.

КЭФ-0,1/0,1. КДБ-..., ГЭС-... .