Контактные явления в полупроводниках

Вещества, которые имеют удельное сопротивление - называются полупроводниками.

Примеры: Германий, Индий, Кремний, Селен.

Сопротивление полупроводников сильно зависит от температуры, (сопротивление понижается при повышении температуры). Ток обусловлен не только свободными электронами, но и связанными. Примесь другого элемента в полупроводник сильно меняет сопротивление образца. Одна сотая часть примеси меняет в десятки тысяч раз сопротивление. В металлах с повышением температуры концентрация свободных электронов практически не меняется, а в полупроводниках с повышением температуры концентрация свободных электронов стремительно растет.Полупроводники являются ковалентными кристаллами, т.е. имеют совместное владение двумя электронами с соседними атомами. Эти два электрона имеют противоположно направленные спины. Ковалентная связь является насыщенной.

Пример: Германий ( ).

Если одна из связей разрывается, то остается пустое место (дырка), которая ведет себя как положительный заряд. Интерес составляют примесные полупроводники.

Если в полупроводник добавляется элемент с большим количеством валентных электронов, чем в исходном полупроводнике, то такой примесный полупроводник называется полупроводник n-типа, или электронный полупроводник:

Уровень энергии примеси еще называется донорным уровнем.

Если же наоборот, с меньшим числом валентных электронов – то дырочный, либо p-типа:

Наблюдается появление пустого (разрешенного) уровня вблизи валентного уровня.

В p-области концентрация дырок гораздо больше, чем электронов (давление дырочного газа).

В n-области концентрация электронов гораздо больше, чем концентрация дырок (давление электронного газа). Вообще контактная разность потенциалов в полупроводниках – разница между уровнями Ферми.

Уровень Ферми

Рассмотрим состояние металла или неметалла при абсолютном нуле, то есть при отсутствии теплового возбуждения. Электроны стремятся занять такие уровни, чтобы иметь минимум энергии, т. е. как можно низшие уровни. Если в металле свободных электронов, то они займут уровней, при этом самый высокий уровень называется уровнем Ферми.

-для выхода электрона с уровня Ферми.

Все уровни выше уровня Ферми – пустые.

Функция распределения Ферми-Диракахарактеризует распределения частиц по уровням и состояниям или вероятность занятости того или иного уровня частиц.

Если уровень занят, вероятность обнаружения равна единице.

Если уровень пуст, вероятность обнаружения равна нулю.

При повышении температуры – повышается энергия ионов, и при столкновениях с электронами – ионы отдают им часть энергии. Появляется вероятность того, что электроны могут иметь энергию большую энергии Ферми. На освободившиеся уровни могут перейти другие электроны (уровни ниже уровня Ферми). Это размытие невелико, так как возбуждению подвержены только электроны, близкие к уровню Ферми. Возникновение тока связано с возможностью перехода электронов на более высокий уровень. В металлах этими электронами являются электроны, имеющие энергию вблизи уровня Ферми. Уровни Ферми – наиболее вероятная (средняя) энергия электронов металла, которые могут принять участие в образовании тока при данной температуре. В металлах уровень Ферми слабо меняет своё положение при повышении температуры.

Полупроводник.

;