ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ И ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТИ
Заметная электропроводимость в кристалле германия может возникнуть, если нарушить связи между атомами. Например, свет или тепло могут сообщить некоторым электронам энергию, достаточную для отрыва их от атомов. При этом в кристалле появляются свободные электроны, которые перемещаются беспорядочно, подобно молекулам газа.
Если такой кристалл поместить в электрическое поле, то свободные электроны будут перемещаться в направлении сил поля и в кристалле возникнет электрический ток.
Электропроводимость, осуществляемая свободными электронами, называется электронной проводимостью полупроводника. Электронная проводимость называется n-проводимостью (от французского слова «negative» — отрицательный).
При отрыве электронов от атомов германия в последних образуются свободные места, которые могут быть заняты другими электронами. Такие свободные места получили название дырок. Появление дырки связано с потерей электрона атомом, а потому в области образования ее возникает избыточный положительный заряд. Таким образом, наличие дырки равноценно положительному
заряду.
Схема образования и заполнения дырок условно показана на рис. 207. На каждой подставке, установленной наклонно, имеется четыре отверстия (четыре дырки). В них расположено четыре шара
>(четыре электрона). Если шар 1 сместится вправо, он освободит отверстие (дырку) и упадет с подставки, тогда в отверстие, которое занимал этот шар, переместится шар 2. Свободное отверстие, (дырку) этого шара займет шар 3, а отверстие последнего — шар 4. Из этой схемы видно, что шары (электроны) перемещаются и одном направлении — вправо, а отверстия (дырки)—в противоположном направлении, т. е. влево. Кроме того, одна дырка заполняется, а в результате этого появляется новая дырка в соседнем атоме.
С перемещением электронов в полупроводнике создается возможность заполнения одних дырок и образования других.
Возникновение каждой новой дырки сопровождается появлением свободного электрона, т. е. непрерывно идет образование пар: электрон — дырка. В свою очередь, заполнение дырок приводит к уменьшению числа свободных электронов.
Таким образом, в кристалле, помещенном в электрическом поле, происходит не только перемещение электронов, имеющих отрицательный электрический заряд, но и перемещение дырок — положительных зарядов. При этом направление перемещения дырок противоположно направлению движения электронов.
Электропроводимость, возникающая в результате перемещения дырок в полупроводнике, называется дырочной проводимостью. Дырочная проводимость называется р-проводимостью (от слова «positive» — положительный).
§ 151. ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКА
Электропроводимость полупроводников германия и кремния резко возрастает, когда к ним добавляют примеси в ничтожно малых, но в строго определенных количествах. К таким примесям, прибавляемым к германию и носящим название донорных, относятся сурьма и мышьяк. Это пятивалентные химические элементы, имеющие по пять электронов на наружной оболочке атома.
Нетрудно понять, что примесные электроны образуют с соседними атомами такие же связи, как и германий, причем используются в этом случае лишь четыре электрона, а пятый (рис. 208, а) оказывается лишним, слабо связанным и может легко быть оторван от своего атома.
Несмотря на то, что количество примеси незначительно, число образующихся при ее наличии слабо связанных электронов в десятки раз превышает их число в чистом германии.
Таким образом, германий, обогащенный пятивалентной примесью, обладает преимущественно носителями электрического заряда в виде свободных (лишних) электронов и поэтому его примесная проводимость будет электронной.
Иную примесную проводимость приобретает германий, если в него вводить атомы трехвалентных элементов. В качестве такой трехвалентной примеси используется индий.
Так как атомы индия имеют три валентных электрона, то при образовании связей с атомами германия одна из четырех возможных связей (рис. 208, б) оказывается неполной, и каждый атом индия присоединяет к себе по четвертому электрону от атомов германия. В результате этого в атомах германия появляются дырки.
Таким образом, германий, обогащенный трехвалентной (акцепторной) примесью, обладает преимущественно носителями положительного электрического заряда в виде дырок, т. е. дырочной проводимостью.
Из сказанного следует, что введением примеси можно во много раз увеличить проводимость полупроводника и придать ей резко выраженный электронный или дырочный характер.
Дата добавления: 2021-04-21; просмотров: 287;