•Перемещение вакантного места внутри кристаллической решетки принято рассматривать как перемещение некоторого положительного заряда, называемого дыркой. Величина этого заряда равна заряду электрона.
•Процесс образования свободных электронов и дырок под воздействием тепла называют тепловой генерацией. Она характеризуется скоростью генерации G, определяющей количество пар носителей заряда, генерируемых в единицу времени. Помимо тепловой генерации возможна генерация под воздействием света или каких-либо других энергетических воздействий.
•Возникшие в результате генерации носители заряда находятся в состоянии хаотического движения, средняя тепловая скорость которого определяется формулой :
u 
3kT m
•Двигаясь хаотически, электроны могут занимать вакантные места в ковалентных
связях. Это явление называют рекомбинацией и характеризуют скоростью рекомбинации R, определяющей количество пар носителей заряда, исчезающих в единицу времени.
•Каждый из подвижных носителей заряда существует («живет») в течение некоторого
промежутка времени, среднее значение которого называют временем жизни
носителей заряда.
•В равновесном состоянии генерация и рекомбинация протекают с одинаковой скоростью (R = G), поэтому в полупроводнике устанавливается собственная концентрация электронов, обозначаемая ni, и собственная концентрация дырок, обозначаемая рi.
Поскольку электроны и дырки генерируются попарно,
то в собственном полупроводнике выполняется условие ni = рi.
•С увеличением температуры собственные
концентрации электронов и дырок растут по экспоненциальному закону, электропроводность полупроводников повышается. Такую
электропроводность полупроводников, связанную с
нарушением валентных связей, называют их
собственной проводимостью.
Примесные полупроводники
•Полупроводники, кристаллическая решетка которых помимо четырехвалентных атомов содержит атомы с валентностью, отличающейся от валентности основных атомов, и их концентрация превышает собственную концентрацию носителей заряда, называют примесными. полупроводниками
•Если валентность примесных атомов больше валентности основных атомов, например, в кристаллическую решетку кремния введены пятивалентные атомы мышьяка, то пятый валентный электрон примесного атома оказывается незанятым в ковалентной связи, то есть становится свободным и легко отрывается от атома. При этом примесный атом оказывается ионизированным и приобретает положительный заряд. Такой полупроводник называют электронным, или полупроводником типа п, а примесные атомы называют
донорами.
•Если в кристаллическую решетку кремния введены атомы трехвалентной примеси, например атомы алюминия, то одна из ковалентных связей оказывается незаполненной. При незначительном тепловом воздействии электрон одной из соседних связей может перейти в незаполненную связь, а на том месте, откуда пришел электрон, возникает дырка. При этом примесный атом приобретает отрицательный заряд. Такой полупроводник называют дырочным, или полупроводником типа р, а примесные атомы называют
акцепторами.
•Электропроводность полупроводников, обусловленную наличием примесей, называют его примесной проводимостью.
•С точки зрения зонной теории, при тепловой генерации происходит переход электронов из валентной зоны в зону проводимости, а при рекомбинации — их возврат из зоны проводимости в валентную зону. Скорость тепловой генерации обратно пропорциональна ширине запрещенной зоны и прямо пропорциональна температуре Т.
•Для германия при Т = 3000 К ширина запрещенной зоны имеет значение = 0,72 эВ, для кремния =1,12 эВ, для арсенида галлия =1,41 эВ. Чем шире запрещенная зона, тем меньше концентрация собственных носителей заряда.
•Электроны в электронном полупроводнике называют основными носителями заряда, а дырки — неосновными.
•Дырки в дырочном полупроводнике называют основными носителями заряда, а электроны — неосновными.
