4.14.3. Собственная проводимость полупроводников.

Собственными полупроводниками являются химически чистые полупроводники, а их проводимость получила название собственной проводимости. При , собственный полупроводник ведет себя как чистый диэлектрик, так как валентная зона полностью заполнена электронами, а в зоне проводимости электронов нет.

При повышении температуры за счет энергии теплового движения электроны с верхних уровней валентной зоны перебрасываются в зону проводимости и становятся свободными. При этом в зоне проводимости появляется некоторое количество носителей зарядов - электронов, занимающих уровни вблизи дна зоны; одновременно в валентной зоне освобождается такое же количество мест на верхних уровнях. Такие свободные от электронов места на верхних уровнях полностью заполненной при абсолютном нуле валентной зоны называются дырками.

Уровень Ферми для полупроводников лежит точно посередине запрещенной зоны. Следовательно, для электронов перешедших в зону проводимости, изменение энергии мало отличается от половины ширины запрещенной зоны. Вероятность заполнения электронами уровней зоны проводимости можно найти по формуле:

. 14.3

Поскольку проводимость пропорциональна числу носителей заряда, то она должна быть пропорциональна выражению 14.3. Следовательно, проводимость полупроводников растет с температурой, изменяясь по закону

, 14.4

где - ширина запрещенной зоны, - некоторая константа, зависящая от рода полупроводника.

В отсутствии электрического поля электроны и дырки движутся хаотически и тока не создают. При появлении электрического поля на хаотическое движение накладывается упорядоченное движение: электронов против поля, дырок – по полю. Таким образом, можно утверждать, что собственная проводимость полупроводников носит электронно-дырочный характер.

5.14.3. Примесная проводимость полупроводников.

Проводимость полупроводников, обусловленная наличием примеси, получила название примесной проводимости. С точки зрения зонной теории проводимость примесных полупроводников можно объяснить следующим образом. Введение в полупроводник примеси приводит к тому, что в запрещенной зоне появляется дополнительный (локальный) уровень энергии, положение которого зависит от валентности примеси.

Введение примеси с валентностью большей, чем валентность полупроводника приводит к тому, что этот уровень располагается вблизи зоны проводимости и уже при комнатной температуре электрон с этого уровня переходит в зону проводимости. Таким образом, в полупроводнике с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных атомов, носителями заряда являются электроны; возникает примесная электронная проводимость. Такая примесь называется донорной, а полупроводник получил название n-типа.

При наличии примеси с меньшей валентностью локальный уровень энергии располагается вблизи валентной зоны , и электроны переходят на него из валентной зоны. Число дырок в валентной зоне растет. Полупроводники с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомов, обладают дырочной проводимостью. Такая примесь называется акцепторной, а полупроводник получил название p – типа.

В отличие от собственной проводимости, осуществляющейся одновременно и электронами, и дырками, примесная проводимость полупроводников обусловлена в основном носителями одного знака – либо электронами, либо дырками. Эти носители тока получили название основных носителей заряда. Но нужно иметь в виду, что наряду с основными носителями заряда в каждом полупроводнике имеются и не основные носители заряда (дырки в полупроводнике n - типа, электроны – в p – типе), но их концентрация во много раз меньше концентрации основных носителей.

С повышением температуры примесная проводимость быстро достигает насыщения. Вместе с тем по мере роста температуры все в большей степени начинает сказываться собственная проводимость полупроводника, обусловленная переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, при высоких температурах проводимость полупроводников складывается из примесной и собственной проводимости. При низких температурах преобладает примесная, а при высоких – собственная проводимость.