Электропроводность полупроводниковых материалов Электропроводность полупроводников.

В полупроводниках свободных электронов не много, валентные электроны связаны со своими атомами. Ток может, возникнут и изменяться в широких пределах под влиянием внешних воздействий: нагревание, облучение или введение примесей. Это увеличивает энергию электронов, позволяет им оторваться от своих атомов. Место на внешней оболочке атома, покинутое электроном называется дыркой. Дырку принято считать положительно заряженной частицей с зарядом равным заряду электрона.

Чистый полупроводник обладает собственной проводимостью и имеет одинаковое количество электронов и дырок, в результате разрыва ковалентных связей. Если к полупроводнику приложить электрическое напряжение, то электроны будут перемещаться от одних атомов к другим в одном направлении, а кажущееся перемещение дырок в противоположном.

Удельная проводимость собственного полупроводника (мала)

где q – заряд электрона;

n – число электронов и дырок в единице объёма;

µ – подвижность электронов и дырок;

υ – дрейфовая скорость электронов и дырок;

Е_вн – напряжённость внешнего электрического поля.

Факторы, влияющие на электропроводность полупроводников.

1. При внесении примесей увеличивается количество свободных электронов или дырок и сопротивление полупроводника уменьшается.

2. При деформации полупроводника в холодном состоянии искажается кристаллическая решётка, и сопротивление проводника увеличивается.

3. При увеличении температуры, увеличивается количество электронов и дырок, за счёт передачи тепловой энергии электронам и разрыва ковалентных связей, и сопротивление полупроводника уменьшается.

4. При воздействии светового потока, осуществляется переход электронов в свободное состояние, за счёт передачи энергия света, и сопротивление полупроводника уменьшается. При этом энергия, предаваемая каждому электрону, зависит от частоты световых колебаний, а с увеличением яркости света (силы света) возрастает число поглощающих свет электронов.

5. При воздействии магнитного поля на полупроводник происходит искривление траектории движения электронов, и электропроводность полупроводника изменяется.

Электронно-дырочный переход (p-n-переход)

Электронно-дырочный переход (p-n-переход) – это слой в полупроводниковом материале между двумя областями с различными типами электропроводности (одна может быть металлом).

Получение p-n-перехода.

1. Сплавной контакт между двумя полупроводниками разного типа электропроводности. В результате образуется некоторая площадь соприкосновения. Такие переходы могут быть использованы на большие токи (более 10А) и большие обратные напряжения (до 1 кВ).

2. Контакт между пластинкой полупроводника и металлическим остриём. В результате образуется малая площадь соприкосновения. Такие переходы могут быть использованы на малые токи (n∙10мкА) и малые обратное напряжения (n∙10В).

В n-полупроводнике много электронов, а в p-полупроводнике много дырок и между полупроводниками начинается обмен носителями заряда. При этом оставляя в приконтактной области некомпенсированный заряд ионов (положительный в полупроводнике n-типа и отрицательный в полупроводнике p-типа). Область раздела оказывается обедненной свободными носителя заряда и, не смотря на малую ширину (10^-6-10^-8 м), обладает большим сопротивлением, во много раз больше остальной части полупроводника. В результате образуется местное электрическое поле Е_д, которое препятствует дальнейшему диффузионному потоку носителей заряда.