Электрические свойства веществ. Полупроводники. Подвижные носители заряда в полупроводниках. Неподвижные заряды.
По электрическим свойствам все вещества делятся на три большие группы:
1. Проводники (металлы). Обладают высокой концентрацией свободных (подвижных) носителей заряда — электронов. Это обеспечивает высокую электропроводность.
2. Диэлектрики (изоляторы). Практически не содержат свободных носителей заряда, поэтому их электропроводность ничтожна.
3. Полупроводники. Занимают промежуточное положение по электропроводности. Их ключевое свойство — способность изменять концентрацию подвижных носителей под влиянием температуры и введения примесей.
В полупроводниках существует два типа подвижных носителей, чье направленное движение и создает электрический ток:
1. Свободные электроны (носители n-типа, отрицательные)- образуются при разрыве ковалентной связи (Этот процесс называется генерацией), может перемещаться по кристаллу.
2. Дырки (носители p-типа, положительные) - Место, покинутое электроном в ковалентной связи, представляет собой нескомпенсированный положительный заряд и называется дыркой. Дырка может перемещаться: другой электрон занимает пустое место -> дырка «появляется» на новом месте.
неподвижные заряды — это ионизированные атомы, преимущественно примесей.
-Атом донорной примеси (например, фосфор в кремнии), отдавший электрон, становится положительным ионом.
-Атом акцепторной примеси (например, бор в кремнии), захвативший электрон, становится отрицательным ионом.
Их роль:
1. Обеспечение электронейтральности: Суммарный заряд всех подвижных носителей в объеме кристалла компенсируется суммарным зарядом этих неподвижных ионов.
2. Создание внутреннего электрического поля, которое является основой работы диодов, транзисторов и других полупроводниковых приборов. Сами ионы не могут перемещаться и создавать ток, но их поле управляет движением подвижных носителей.
2. Энергетические диаграммы собственного и примесного полупроводника.
Собственные полупроводники –
полупроводники,
состоящие из атомов о
дного
вещества.
При температуре, близкой к абсолютному нулю, все энергетические уровни в валентной зоне полностью заполнены электронами, а в зоне проводимости — свободны (рис.а).
Распределение носителей зарядов зависят от температуры и ширины запрещенной зоны. Температура влияет на величину энергии электрона, а ширина запрещенной зоны — на вероятность перехода электронов в зону
Примесные полупроводники - это полупроводники, содержащие атомы примесей. Примесные полупроводники бывают двух типов – донорные и акцепторные. Донорные полупроводники - полупроводники легко отдающие электроны. Акцепторные полупроводники – полупроводники, у которых не хватает электронов для образования связей в решетке.
Донорные
полупроводники (n-тип). Здесь образование
свободного электрона не сопровождается
образованием дырки. Имеется только один
вид носителей тока –
электрон
Донорные Акцепторные
В полупроводнике, который содержит акцепторную примесь, примеси искажают решетки. Это приводит к возникновению примесных уровней, расположенных в запрещенной зоне. В данной ситуации дырки -основные носители заряда, электроны - неосновные (p-тип).