1. Собственные (чистые) полупроводники
Собственные полупроводники – химически чистые полупроводники (без примесей), - Ge, Se и соединения GaAs, CdS и др.
Рассмотрим модель идеального абсолютно чистого бездефектного полу-проводникового кристалла, например германия, при 0 К (рис. а).
Германий принадлежит к IV группе периодической системы Д.И.Менделеева. На его внешней оболочке находятся 4 валентных электрона, обеспечивающие парноэлектронные (ковалентные) связи ионов в узлах кристаллической решётки. Валентная зона заполнена. В зоне проводимости электроны отсутствуют (рис. а). За счет энергии электрического поля их переброс туда не возможен
П
ри
нагреве, растёт энергия колебательного
движения ионов в узлах решетки, и, получив
в результате столкновения квант энергии,
электроны приобретают
возможность перескочить в зону
проводимости (рис б).
Эти электроны обусловят электронную проводимость данного полупроводника. Кроме того, в валентной зоне появятся вакантные места, на которые могут переходить другие валентные электроны, связанные в пространстве с другими, соседними атомами. В результате вакансия приобретает возможность перемещаться в пространстве, подобно положительно заряженной частице. Такую квазичастицу назвали «дыркой». Дырки наравне с электронами участвуют в электропроводности полупроводниковых кристаллов, однако, обладают меньшей подвижностью.
Концентрация электронов собственной проводимости и дырок в чистом полупроводниковом кристалле одинакова, поскольку образуются они парами.
В
чистых полупроводниках носителями
тока являются:
отрицательно заряженные электроны п (от слова «негатив» );
положительно заряженные дырки р (от слова «позитив»);
количество электронов равно количеству дырок
Nn = Np ;
дырки движутся вниз в валентной зоне, электроны – вверх в валентной зоне и в зоне провдимости.
В собственных полупроводниках уровень Ферми находится посередине запретной зоны (рис) .
Для переброса
электрона валентной зоны в зону
проводимости затрачивается энергия
активации
,
равная ширине запрещенной зоны.
(
идет на переход электрона в зону
проводимости и
- на образование дырки).
2. Зависимость проводимости собственных полупроводников от температуры
Электрические свойства полупроводников определяются как концентрацией носителей тока, так и характером их взаимодействия с атомами кристаллической решетки. Изменение концентрации носителей тока при изменении температуры при этом имеет более резкую зависимость, которая в основном и определяет проводимость полупроводника.
Удельная проводимость чистых полупроводников
-
const
для данного полупроводника
Зависимость
ln
от
1/Т
линейная и по её наклону можно
экспериментально определить ширину
запрещённой зоны
Экспериментальным путем установлено, что сопротивление полупроводников с повышением температуры уменьшается приблизительно по экспоненте:
где ΔЕ - энергия активации;
k – постоянная Больцмана, равняется 1,38·10-23 Дж/К;
Т – абсолютная температура;
А – коэффициент, постоянный для данного вещества.