Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике

Полупроводник называется собственным, если в нем отсутствуют донорные и акцепторные примеси. В этом случае электроны появляются в зоне проводимости только за счет теплового заброса из валентной зоны, тогда n = p (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Заброс из валентной зоны

При отсутствии внешних воздействий (освещение, электрическое поле и т.д.) будем обозначать концентрации свободных электронов и дырок с индексом нуль, то есть n₀ и p₀ соответственно. При n₀ = p₀ из (4.7) получаем:

(4.8)

n_i - концентрация собственных носителей заряда в зоне проводимости и в валентной зоне. Для расчета N_C и N_V используется формула (4.4).

Рис. 4.3. Зависимость концентрации собственных носителей от температуры для наиболее распространенных полупроводников – кремния, германия, арсенида и фосфида галлия .

Концентрация собственных носителей определяется в основном температурой и шириной запрещенной зоны полупроводника.

На рисунке 4.3. представлена зависимость концентрации собственных носителей от температуры для наиболее распространенных полупроводников – кремния, германия, арсенида и фосфида галлия. Видно, что при изменении ширины запрещенной зоны в диапазоне от 0,6 эВ до 3 эВ для большинства полупроводников собственная концентрация n_i при комнатной температуре изменяется от значения 10¹³ см^-3 до 10¹ см^-3.