3.4. Электропроводность полупроводников.
Полупроводник, не содержащий примесей, в нормальных условиях обладает так называемой собственной проводимостью или проводимостью типа i. Собственная проводимость обусловлена генерацией пар “электрон-дырка” . Если концентрация электронов в зоне проводимости – ni , а дырок в валентной зоне – pi и ni = pi,то собственная проводимость полупроводника:
σi = ni е (μn + μp) (3.6)
В примесном полупроводнике n p, поэтому электропроводность выражается следующей формулой:
σ = е (μnn + μpp) (3.7)
3.5. Воздействие внешних факторов на электропроводность полупроводников
3.5.1. Влияние температуры на электропроводность полупроводников.
В широком диапазоне температур и для различного содержания примесей имеют место температурные зависимости концентрации носителей заряда в полупроводнике n-типа, изображенные на рис. 3.6.
Рис.3.6.Типичные зависимости концентрации носителей заряда в полупроводнике от температуры при различной концентрации донорной примеси
В области низких температур участок нижней ломаной между точками а и б характеризует только концентрацию носителей, обусловленную примесями. Наклон прямой на этом участке определяется энергией активации примесей. С увеличением температуры число носителей, поставляемых примесями, возрастает, пока не истощатся электронные ресурсы примесных атомов (точка б). На участке б – в примеси уже истощены, перехода электронов через запрещенную зону еще не обнаруживается. Участок кривой с постоянной концентрацией носителей заряда называют областью истощения примесей. В дальнейшем температура настолько велика, что начинается быстрый рост концентрации носителей вследствие перехода электронов через запрещенную зону ( участок в – и). Наклон этого участка характеризует ширину запрещенной зоны полупроводника. Угол наклона участка а – б зависит от концентрации примесей.
Вторая компонента, обуславливающая электропроводность полупроводников – подвижность носителей заряда. При повышении температуры энергия электронов, а следовательно, и подвижность увеличивается. Но, начиная с некоторой температуры Т усиливаются колебания узлов кристаллической решетки полупроводника, которые мешают перемещению свободных носителей зарядов. Следовательно, их подвижность падает (рис.3.7.).
Рис.3.7.Зависимость
подвижности носителей заряда
в полупроводниках от температуры.
Рассмотрев влияние температуры на концентрацию и подвижность носителей заряда, можно представить и характер изменения удельной проводимости при изменении температуры (рис.3.8).
Рис.3.8.Кривые
зависимости удельной проводимости
полупроводников от температуры при
различных концентрациях примеси
(NД1>NД2>NД3).
В ПП с атомной и ионной кристаллической решеткой подвижность меняется при изменении температуры сравнительно слабо ( по степенному закону), а концентрации – очень сильно ( по экспоненциальному ). Поэтому температурная зависимость удельной проводимости похожа на температурную зависимость концентрации. В области истощения (концентрация постоянна) изменение удельной проводимости обусловлено температурной зависимостью подвижности (рис.3.8).
При Т=0К электроны не обладают подвижностью, поэтому ПП становятся диэлектриками.