Полупроводниковые материалы
Обладают не очень широкой запрещенной зоной и по значению удельной проводимости находятся между диэлектриками и проводниками.
Ширина
запрещенной зоны полупроводников
находится в интервале
эВ, а удельное объемное сопротивление
составляет
,
что соответствует удельной объемной
проводимости
.
Классификация полупроводниковых материалов
1. Простые полупроводники. Они изготовлены на основе Ge, Si, Se, состоят из одного химического элемента.
2. Сложные полупроводники. К ним относятся соединения элементов различных групп таблицы Менделеева, которые соответствуют общим формулам вида:
(SiC
– карбид кремния),
(InSb
– антимонид индия, GaAs
– арсенид галлия, GaP
– фосфид галлия),
(ZnSe
– селенид цинка, CdS
– сульфид кадмия).
К этой же группе относятся некоторые оксиды (например, Cu2O), сложные полупроводниковые композиции, построенные на соединениях кремния и углерода, которые скреплены между собой керамической или другим видом связки, например, тирит - SiCx + Si + C.
3. Жидкие, кристаллические, жидкокристаллические полупроводники.
Область применения полупроводников
в качестве термоэлементов в нагревательных печах (тиритовые, силитовые стержни);
в качестве выпрямителей, усилителей, генераторов, преобразователей (термоэлектрические генераторы, солнечные батареи);
в качестве датчиков, измеряющих радиоактивное излучение;
в качестве датчиков Холла, измеряющих напряженность и индукцию магнитного поля.
Электропроводность полупроводников собственные и примесные полупроводники
В
собственном
полупроводнике
переход электронов из валентной зоны
в зону проводимости (рис. 32) возможен
при достаточной величине энергии,
которая подводится извне (например, при
определенной величине напряженности
электрического поля, силы света, энергии
тепла и т.п.). На месте электронов,
перешедших в зону проводимости, в
валентной зоне образуются дырки.
Электропроводность собственных
полупроводников носит электронный
характер, т.е. является электропроводностью
n-типа.
Это объясняется тем, что эффективная
масса дырки больше эффективной массы
электрона
,
в результате чего электроны подвижнее
дырок.
Рисунок 32 – Энергетическая диаграмма собственного полупроводника
В примесном полупроводнике с донорной примесью существуют дополнительные примесные уровни, которые заполнены электронами и находятся вблизи зоны проводимости (рис. 33). При незначительных внешних энергетических воздействиях наблюдается переброс электронов с примесных уровней в зону проводимости. В связи с тем, что примесные уровни и зона проводимости расположены недалеко друг от друга, для этого переброса требуется небольшая энергия активации Wа. При еще больших внешних энергетических воздействиях возможен переброс электронов из валентной зоны в зону проводимости, которые преодолевают запрещенную зону с затратой уже большей энергии Wз. Электроны, покидая примесные уровни, оставляют на своих местах дырки. Поскольку примесные уровни являются разобщенными, дырки, образовавшиеся на них, будут локализованы, и не будут принимать участие в электропроводности такого полупроводника. Таким образом, описанный выше примесный полупроводник является донорным и его электропроводность обусловлена электронами, т.е. это полупроводник n-типа. В нем основными носителями заряда являются электроны, а неосновными – дырки.
Рисунок 33 – Энергетическая диаграмма примесного полупроводника с донорной примесью
В примесном полупроводнике с акцепторной примесью примесные уровни располагаются на небольшом расстоянии над валентной зоной, причем они не заполнены (рис. 34). Под действием небольших внешних энергетических воздействий электроны из валентной зоны будут переходить на примесные уровни, оставляя на своих местах дырки. Для осуществления этого требуется небольшая энергия активации Wа. В виду разобщенности примесных уровней электроны, попавшие на них, будут локализованы. При еще больших внешних энергетических воздействиях будет осуществляться переход дырок из валентной зоны в зону проводимости. Для этого потребуется затратить энергию Wз. Таким образом, в описанных выше полупроводниках электропроводность обусловлена дырками и они являются полупроводниками p-типа. В этом случае дырки являются основными носителями заряда, а электроны – неосновными.
Рисунок 34 – Энергетическая диаграмма примесного полупроводника с акцепторной примесью