Собственная, донорная и акцепторная проводимость.

2.1. Собственная проводимость.

Собственной называется проводимость чистого полупроводника при реальной температуре. Выше было указано, что при абсолютном нуле полупроводник- это диэлектрик, так как все электроны заняты в создании ковалентных связей. При повышении температуры картина меняется.

Флуктуации в тепловом движении приводят к тому, что часть ковалентных связей разрушается. В результате появляются не связанные с определенными атомами электроны, участвующие в электропроводимости.

Энергия этих электронов соответствует энергии зоны проводимости, которые называются «свободными». Одновременно образуется «Вакансия» (свободное место), иначе называемое дыркой. Заряд «дырки равен заряду электрона, но только он положительный, а у электрона отрицательный. При разрыве соседней ковалентной связи такая вакансия может быть занята электроном, та на месте разрыва возникает новая вакансия «дырка». Направленное перемещение дырок приводит к образованию «дырочного тока», что на самом деле есть перемещение электронов без выхода в зону проводимости. Процесс выхода электрона в зону проводимости с образование «дырки» называется «генерацией». Энергетическое распределение электронов и дырок, образовавшихся в результате описанной тепловой генерации, рассматривается в статистической физике и описывается распределением Ферми – Дирака математическое выражение которого имеет вид:

,

(2.1)

где f(E)- вероятность заполнения электроном некоторого уровня с энергией Е;

Е_f- энергия уровня Ферми;

Т- абсолютная температура;

к- постоянная Больцмана.

Под уровнем Ферми понимается такой энергетический уровень, вероятность заполнения которого электронами равна половине. Особенно это понятие необходимо для рассмотрения физики полупроводников, связанных с энергетическим распределением электронов при термодинамическом равновесии кристаллической решетки.

В состоянии термодинамического равновесия процесс тепловой генерации электронов и дырок уравновешивается обратным процессом, который называется «рекомбинация». (при рекомбинации выделяется квант энергии, например света, что лежит в основе конструкции некоторых полупроводниковых приборов. Ширина запрещенной зоны полупроводников при комнатной температуре значительно больше средней (прилагаемой к каждому атому) энергии теплового движения, равной всего 0,026 эВ. Поэтому собственная проводимость чистого полупроводника при комнатной температуре будет очень мала, так как мало пар носителей.