Собственные (чистые) полупроводники

Собственные полупроводники – химически чистые полупроводники (без примесей), - Ge, Se и соединения GaAs, CdS и др.

Рассмотрим модель идеального абсолютно чистого бездефектного полу-проводникового кристалла, например германия, при 0 К (рис. а).

Германий принадлежит к IV группе периодической системы Д.И.Менделеева. На его внешней оболочке находятся 4 валентных электрона, обеспечивающие парноэлектронные (ковалентные) связи ионов в узлах кристаллической решётки. Валентная зона заполнена. В зоне проводимости электроны отсутствуют (рис. а). За счет энергии электрического поля их переброс туда не возможен

При нагреве, растёт энергия колебательного движения ионов в узлах решетки, и, получив в результате столкновения квант энергии, электроны приобретают возможность перескочить в зону проводимости (рис б).

Эти электроны обусловят электронную проводимость данного полупроводника. Кроме того, в валентной зоне появятся вакантные места, на которые могут переходить другие валентные электроны, связанные в пространстве с другими, соседними атомами. В результате вакансия приобретает возможность перемещаться в пространстве, подобно положительно заряженной частице. Такую квазичастицу назвали «дыркой». Дырки наравне с электронами участвуют в электропроводности полупроводниковых кристаллов, однако, обладают меньшей подвижностью.

Концентрация электронов собственной проводимости и дырок в чистом полупроводниковом кристалле одинакова, поскольку образуются они парами.

В чистых полупроводниках носителями тока являются:

· отрицательно заряженные электроны п (от слова «негатив» );

· положительно заряженные дырки р (от слова «позитив»);

· количество электронов равно количеству дырок

N_n = N_p ;

· дырки движутся вниз в валентной зоне, электроны – вверх в валентной зоне и в зоне провдимости.

В собственных полупроводниках уровень Ферми находится посередине запретной зоны (рис) .

Для переброса электрона валентной зоны в зону проводимости затрачивается энергия активации , равная ширине запрещенной зоны. ( идет на переход электрона в зону проводимости и - на образование дырки).