2Й вопрос: Внутренняя структура полупроводников.

Полупроводники являются тем материалом, на свойствах которого разработаны элементы, широко применяемые в информационной технике: германий, кремний, арсенид галлия – в качестве основного материала; бор, фосфор, сурьма, индий и другие – в качестве примесей. Полупроводниковые материалы представляют собой кристаллы с атомами расположенными в определенном порядке и образующими кристаллическую решетку. Элементарные ячейки кристаллической решетки германия и кремния состоят из тетраэдров, в четырех вершинах и центре которых расположены атомы. Между атомами кристаллической решетки существуют связи. Они образуются валентными электронами взаимодействующими не только с ядром своего атома, но и с ядрами соседних атомов. В кристалле германия связь между двумя соседними атомами осуществляется двумя валентными электронами по одному от каждого атома. Схематически это показано на рис. 4. Такая связь между атомами называется двухэлектронной или ковалентной. В таком кристалле все валентные электроны прочно связаны между собой и свободных электронов, участвующих в переносе заряда нет. Такую кристаллическую решетку имеют беспримесные полупроводники при температуре абсолютного нуля, являясь при этом идеальными изоляторами.

3Й вопрос: Собственная проводимость полупроводников.

Под действием внешних факторов (например при нагреве) отдельные электроны приобретают энергию достаточную для освобождения от ковалентных связей. При освобождении электрона из ковалентной связи в последней возникает свободное место, обладающее положительным зарядом, равным по абсолютному значению заряду электрона. Такое освободившееся в ковалентной связи место называется дыркой, а процесс образования пары «свободный электрон – дырка» называется генерацией. В дырку может «перескочить» валентный электрон из заполненной ковалентной связи соседнего атома. В результате ковалентная связь в одном атоме восстановится (данный процесс называется рекомбинацией), а в соседнем разрушится образуя дырку. Такое перемещение дырки по кристаллу равносильно перемещению положительного заряда. При отсутствии внешнего электрического поля электроны и дырки перемещаются в кристалле хаотически и тока в полупроводнике нет. Если приложить к кристаллу разность потенциалов, то под действием созданного электрического поля движение дырок становится упорядоченным и противоположным движению электронов, т.е. в кристалле образуется электрический ток. Дырки движутся по направлению силовых линий электрического поля, электроны – против. Соответственно различают два типа проводимости в полупроводнике – электронную или проводимость N-типа и дырочную или проводимость Р-типа. В этом случае общий ток І складывается из электронного І_Э и дырочного Iд токов, т.е. I = І_Э + I_Д (1).

Выражения для электронного и дырочного токов.

где:– заряд электрона или дырки; Е – напряженность электрического поля; – подвижность носителя тока, определяемая как отношение скорости перемещения электрона V_Э или дырки V_Д к напряженности электрического поля Е в полупроводнике; N_Э, N_Д – количество электронов и дырок в полупроводнике. Т.к. в случае собственной электропроводности полупроводника число электронов равно числу дырок, т.е. N_Э = N_Д = N, то выражение (1) можно переписать в виде:

.