1.2 Проводимость
В полупроводниках с атомной решёткой (а так же в ионных при повышенных температурах) подвижность меняется при изменении температуры сравнительно слабо (по степенному закону), а концентрация очень сильно (по экспоненциальному). В свою очередь температурная зависимость удельной проводимости похожа на температурную зависимость концентрации.
В диапазоне температур, соответствующих истощению примесей, когда концентрация основных носителей заряда остается практически неизменной, температурные изменения удельной проводимости обусловлены температурной зависимостью подвижности. Снижение удельной проводимости в области низких температур связано, с одной стороны, с уменьшением концентрации носителей заряда, поставляемых примесными атомами (донорами или акцепторами), а с другой – уменьшением подвижности за счет усиливающегося рассеивания на ионизированных примесях.
Резкое возрастание удельной проводимости при повышенных температурах соответствует области собственной электропроводности, которая характеризуется равенством концентраций электронов и дырок.
Чем больше концентрация доноров, тем больше электронов поставляется в зону проводимости при данной температуре, тем выше значение удельной проводимости. С изменением содержания примесей смещается и температура перехода к собственной электропроводности.
Повышая степень чистоты материала, можно добиться наступления собственной электропроводности даже при комнатной температуре.
У вырожденного полупроводника температурная зависимость удельной проводимости в области примесной электропроводности качественно подобна температурному изменению удельной проводимости металлов.
У реальных полупроводников температурное изменение проводимости может значительно отклоняться от рассмотренных зависимостей в следствии ряда причин. Одна из них связана с тем, что на практике в материалах имеется не один, а несколько видов примесных дефектов, у которых энергии ионизации могут быть различными. Другая причина появления некоторых аномалий в температурной зависимости проводимости может быть обусловлена различием подвижностей электронов и дырок.
Если это различие велико, то значение собственной проводимости не отвечает минимуму полупроводникового материала при данной температуре.
Меньшей
проводимостью может обладать примесный
полупроводник в области смешанной
электропроводности. Так, в образцах
p-типа при достаточно низких температурах
вкладом электронной составляющей
проводимости в формуле
можно пренебречь.
С повышением температуры концентрация дырок остается неизменной (участок истощение), а их подвижность несколько падает, что приводит к снижению дырочной проводимости.
По мере приближения к собственной электропроводности резко возрастает концентрация электронов и, если их подвижность существенно превышает подвижность дырок, то при некоторой температуре Т1 будет выполняться условие:
Температура Т1 соответствует минимуму проводимости, поскольку с ростом температуры электронная составляющая тока растет, а дырочная – падает. Минимальное значение проводимости:
