33)Распределение электронов в чистых и примесных полупроводниках.

Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости (т.е. способности проводить электрический ток) занимает промежуточное место междупроводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Т. к. в твёрдом теле атомы или ионы сближены на расстояние ~ атомного радиуса, то в нём происходят переходы валентных электронов от одного атома к другому. Такой электронный обмен может привести к образованию ковалентной связи. Это происходит в случае, когда электронные оболочки соседних атомов сильно перекрываются и переходы электронов между атомами происходят достаточно часто. Все атомы Ge нейтральны и связаны друг с другом ковалентной связью. Однако электронный обмен между атомами не приводит непосредственно к электропроводности, т.к. в целом распределение электронной плотности жестко фиксировано: по 2 электрона на связь между каждой парой атомов — ближайших соседей. Чтобы создать проводимость в таком кристалле, необходимо разорвать хотя бы одну из связей (нагрев, поглощение фотона и т.д.), т. е., удалив с неё электрон, перенести его в какую-либо др. ячейку кристалла, где все связи заполнены и этот электрон будет лишним. Такой электрон в дальнейшем свободно может переходить из ячейки в ячейку, т.к. все они для него эквивалентны, и, являясь всюду лишним, он переносит с собой избыточный отрицательный заряд, т. е. становится электроном проводимости. Разорванная же связь становится блуждающей по кристаллу дыркой, поскольку в условиях сильного обмена электрон одной из соседних связей быстро занимает место ушедшего, оставляя разорванной ту связь, откуда он ушёл. Недостаток электрона на одной из связей означает наличие у атома (или пары атомов) единичного положительного заряда, который, таким образом, переносится вместе с дыркой. 34)Собственная проводимость.

СОБСТВЕННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ - проводимость полупроводника, обусловленная электронами, возбуждёнными из валентной зоны в зону проводимости и дырками, образовавшимися в валентной зоне. Концентрации ni таких (зонных) электронов н дырок равны, и их можно выразить через эфф. плотности состояний в зоне проводимости (Nc)и в валентной зоне (Nv), ширину запрещённой зоны  и абс. темп-руТ:  Т. к. проводимость  полупроводника пропорциональна концентрации свободных носителей заряда и их подвижности , то в пренебрежении слабыми степенными зависимостями Nc, Nvи  от темп-ры для собств. полупроводников можно получить соотношение:  При наличии примесей, обусловливающих примесную проводимость полупроводника, собственную проводимость можно наблюдать в диапазоне изменения темп-ры полупроводника, в к-ром зависимость  линейна.

35)Примесная проводимость.ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ - проводимость полупроводника, при к-рой осн. вклад в перенос заряда дают электроны (дырки), термически возбуждённые в зону проводимости (валентную зону) из локализованных в запрещённой зоне донорных (акцепторных) состояний (проводимость n-типа и р-типа). П. п. определяется концентрацией донорных   и акцепторных  примесей и положением их уровней в запрещённой зоне. При высоких темп-pax Т, если полупроводник невырожден, концентрация n_i носителей в собственном полупроводнике удовлетворяет условию   наличие примесей незначительно сказывается на концентрациях электронов n и дырок р: При этом все примеси ионизованы, а уровень Ферми   близок к середине запрещённой зоны. При более низких темп-pax, для к-рых  почти все мелкие примеси остаются еще ионизованными (область истощения). В этом случае  т. е. концентрация осн. носителей не зависит от Т. При дальнейшем понижении Т приближается к уровню  донорной примеси, и заселённость донорных уровней будет расти за счёт поступления электронов из зоны проводимости, а концентрация зонных носителей заряда соответственно уменьшаться. При Т ОК концентрации зонных носителей убывают экспоненциально, в этом пределе доминирует прыжковая проводимость.

36)р-n переход и его свойства.Область монокристаллического, т.е. имеющего форму правильного многогранника, кристалла, в котором происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот) называют электронно-дырочным переходом или Р - N переходом.Обычно Р - N переход образуется в кристалле полупроводника, где введением соответствующих примесей создаются области с различной Р - и N - проводимостью. При образовании контакта двух полупроводников с различными типами проводимости будет происходить взаимная диффузия носителей тока через границу соприкосновения полупроводников. Электроны из N - полупроводника будут диффундировать в дырочный Р - полупроводник. В результате из объема N - полупроводника, граничащего с контактом, уйдут электроны. Этот объем будет обеднен электронами, и вблизи границы в нем образуется избыточный положительный заряд.Диффузия дырок из Р - полупроводника по аналогичным причинам приведет к возникновению вблизи границы в Р - полупроводнике избыточного отрицательного заряда. В результате на границе электронно-дырочного перехода образуется запирающий электрический слой некой толщины L. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу раздела двух полупроводников. Направление внешнего электрического поля, расширяющее запирающий слой, называется запирающим (обратным). При таком направлении внешнего поля электрический ток через контакт N и Р - полупроводников практически не проходит. Иначе говоря в прямом направлении сопротивление перехода меньше, чем в обратном, т.е. Р - N переход несимметричен по отношению к току. Это свойство Р - N перехода использую для выпрямления тока.