2.4. Зависимость диэлектрической проницаемости от различных факторов

Согласно уравнению Клаузиуса—Мосотти (2.25), диэлектриче­ская проницаемость е зависит от концентрации молекул п диэлек­трика и поляризуемости а каждой молекулы. В свою очередь, п и а зависят от природы диэлектрика и его температуры, а а — еще и от частоты приложенного напряжения.

2.4.1. Газообразные диэлектрики

образ

низкую молекулярную плотность (малую величину п) TDOHH "^СТВ° ^газообР^азных диэлектриков обладает только элек-самогп ^поляР^изаЦ^ией. Поэтому у газов, образующих воздух, и у ной п ^духа Диэлектрическая проницаемость является величи-^ТУРЫ н^МерН° ^равной единице (е «1), и не зависит ни от темпера-оптиче °^{Т частоты} напряжения во всем диапазоне частот, включая ^Ная пол"⁶' ^{ТаК КЭК} °^{Т темпе}Р^атУР^ы и частоты не зависит электрон-состав »^{РИЗуемость аэ}' ^{Воздух как} естественная изоляция входит в ^в°здухя ^{Х элект}Р°У^становок. Диэлектрическая проницаемость ^н°сител ~^{НОрМальных} У^{словиях} Р^авна 1,00059. С увеличением от-^в°зраст^^Н°^{И влажности} воздуха у_в диэлектрическая проницаемость V_B= iS^{; если}, ^при 20°С и _Va = 0% _е » 1,00048, то при 20°С и • « 1,00074. В инженерных расчетах для воздуха и его газов берут е = 1.

59

* К этой группе полупроводников относятся также некоторые ок­сиды металлов, например закись меди Си₂О, и соединения сложного химического состава (табл. 8.3).

Таблица 83 Полупроводниковые материалы сложного состава

Материал	Тип электро-	Ширина 33, эВ	Максимальная	Коэффициент
	проводности		рабочая	теплопроводности
			температура, 'С	Вт/(мК) '
Bi04Sb,6Te3	Р	0,19	650	1,0
Bi2Te2,7Seo,3	п	0,20	600	1,1
AgSbTe2	Р	0,30	750	0,6
GeniSin7	п	1,10	1200	3,8

III. Полупроводниковые комплексы — многофазные материалы с полупроводящей или проводящей фазами, например из карбида кремния, графита и т.п., сцепленных глинистой, стеклянной или другой связкой (тирит, вилит, лэтин, силит). Известны также полу­проводники органические (антрацен, полинафталин, полиацетилен и др.), стеклоообразные (халькогенидные стекла) и жидкие.

8.2. Собственные и примесные полупроводники

Величина и тип электропроводности полупроводников зависят от природы и концентрации примеси, в том числе специально введенной (легирующей).

Концентрация легирующей примеси обычно незначительна, на­пример у Ge она составляет один атом на 10¹⁰—10¹² атомов полупро­водника. В этой связи все полупроводники можно разбить на две группы: собственные и примесные.

Собственные полупроводники не содержат легирующих добавок; к ним относятся высокой степени чистоты простые полупроводники: кремний Si, германий Ge, селен Se, теллур Те и др. и многие полу­проводниковые химические соединения: арсенид галлия GaAs, анти-монид индия InSb, арсенид индия InAs и др.

Примесные полупроводники всегда содержат донорную или ак­цепторную примесь (см. ниже). В производстве полупроводниковых приборов примесные полупроводники используют чаще, поскольку в них свободные носители заряда образуются при более низких тем­пературах (чем в собственных полупроводниках), которые отвечают рабочему интервалу температур полупроводникового прибора.

_водимости (377) и станет(ут) свободным(и). Необходимая для этого перехода энергия определяется шириной запрещенной зоны (33) — л\У полупроводника; например для кремния &W = 1,12 эВ (см. табл. 8.2). При комнатной температуре эта энергия может возникать вследствие флуктуации тепловых колебаний решетки (средней теп­ловой энергии решетки для такого перехода недостаточно). С уходом электрона в ЗП в валентной зоне остается свободным энергетиче­ский уровень, называемый дыркой, а сама ВЗ становится не полно­стью заполненной (рис. 8.1, а). Электрон имеет отрицательный за­ряд, дырку принято считать положительно заряженной частицей, численно равной заряду электрона.

Таким образом, в кристалле образуется пара свободных носителей заряда — электрон в ЗП и дырка в ВЗ, которые и создают собственную электропроводность полупроводника.

В отсутствие внешнего электрического поля электрон и дырка совершают тепловые хаотические движения в пределах кристалла, а под действием поля осуществляют дополнительно направленное движение — дрейф, обусловливая тем самым электрический ток. Если концентрации свободных электронов и дырок равны между со­бой, то подвижность у них различна. В результате более низкой эф­фективной массы, из-за различной инерционности при движении в поле кристаллической решетки свободные электроны более подвиж­ны, чем дырки. Поэтому собственная электропроводность полупро­водников имеет слабо преобладающий электронный характер.