Если валентность атомов равна четырем, то вокруг каждого из атомов, помимо четырех собственных, вращаются еще четыре «чужих» электрона, вследствие чего вокруг атомов образуются прочные электронные оболочки, состоящие из восьми обобществленных
валентных электронов.
В узлах кристаллической решетки арсенида галлия чередуются пятивалентные атомы мышьяка и трехвалентные атомы галлия, вокруг которых также образуются электронные оболочки из восьми обобществленных электронов
Энергетические расстояния между уровнями зоны в реальных случаях не превышают 10-17 эВ, т. е. разрешенные зоны практически можно считать сплошными.
Нижние энергетические уровни атомов обычно не образуют зон, так как внутренние электронные оболочки слабо взаимодействуют в твердом теле.
В связи с этим нижние уровни сохраняют свою «индивидуальность», и их показывают на зонной диаграмме в виде штриховой линии, где каждый штрих как бы соответствует одному атому.
В ряде случаев разрешенные зоны перекрываются, и тогда соответствующая запрещенная зона может отсутствовать.
Проводимость в ПП возможна лишь тогда, когда возможен переход электрона на ближайший энергетический уровень. Значит, в проводимости могут участвовать электроны только тех зон, в которых есть свободные уровни. Такие свободные уровни всегда имеются в верхней разрешенной зоне. Поэтому верхнюю зону твердого тела, не заполненную (или не полностью заполненную) электронами при нулевой абсолютной температуре, называют
зоной проводимости.
Зону, ближайшую к зоне проводимости, называют валентной зоной . При нулевой температуре она полностью заполнена, и, следовательно, электроны этой зоны не могут участвовать в проводимости. Но при температуре, отличной от нуля, в верхней части валентной зоны образуются свободные уровни, и эта зона также может обусловить проводимость.
Если ширина запрещенной зоны
больше 3 эВ, то вещество относится к
диэлектрикам.
Если ширина запрещенной зоны
меньше 3 эВ, то вещество считается
полупроводником.
У проводников запрещенная зона отсутствует совсем.
•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.
