Собственная и примесная электропроводность полупроводников
Собственная электропроводность ПП возникает за счет разрыва собственных ковалентных связей. Ковалентная связь достаточно прочная и, чтобы ее разрушить, то есть освободить электрон, требуется энергия, не меньшая ширины запрещенной зоны Δ Е. Оторвавшийся от атома Si электрон под действием внешнего электрического поля становится электроном проводимости, а на его месте появляется положительно заряженная незаполненная связь с зарядом, равным заряду электрона. Эта электронная вакансия в кристалле ПП, фиктивная частица с массой электрона и единичным положительным зарядом, названа дыркой проводимости, так как дырку стремится заполнить электрон соседнего атома, и перемещение такого электрона условно считается движением дырки (рисунок 3.1, а).
Рисунок 3.1
Наглядно движение дырок в кристалле ПП можно представить себе на примере кинозала, в котором все места, кроме одного, заняты. Если сидящий на соседнем месте пересядет на свободное кресло, оставив свое пустым, которое займет его ближайший сосед, то, сосредоточив свое внимание лишь на свободном месте, легко видеть, что оно будет перемещаться по кинозалу. Движение дырки подобно движению пустого места.
Процесс появления сразу двух носителей заряда свободного электрона и дырки при разрыве одной ковалентной связи называется генерацией электронно-дырочных пар.
Одновременно с генерацией электронно-дырочных пар в ПП происходит и обратный процесс: электроны переходят из зоны проводимости в валентную зону, заполняя дырку и выделяя энергию ΔЕ. Этот процесс назван рекомбинацией носителей заряда.
ПП, в котором в результате разрыва ковалентных связей образуется равное количество свободных электронов (в зоне проводимости) и дырок (в валентной зоне) называется собственным ПП.
Обычно беспримесный, химически чистый ПП является собственным.
Собственная электропроводность такого ПП складывается из электронной σn и дырочной электропроводности σp:
σi = σn + σp,
где индексы p – positive (положительный);
n – negative (отрицательный).
Рисунок 3.2
На практике в ПП материалах используется примесная электропроводность, которой легче управлять. Примесная электропроводность характерна для примесных ПП, свойства которых эависят от типа и количества введенной примеси. В примесных ПП появляются дополнительные энергетические уровни в запрещенной зоне, которые соответствуют энергиям ионизации атомов примеси ЕД и ЕА (рисунок 3.2).
Энергия, необходимая для перехода электрона с дополнительного уровня Ед в зону проводимости или из валентной зоны на дополнительный уровень ЕА, оказывается гораздо меньше ширины запрещенной зона ΔЕ. В результате этих переходов появляется один носитель заряда; электрон проводимости в первом случае и дырка - во втором случае. Таким образом, примесная электропроводность возникает за счет ионизации атомов примесей и обусловливается одним типом носителя заряда: или только электронами в электронном ПП (n-тип проводимости), или только дырками в дырочном ПП (р-тип проводимости) (рисунок 3.1, б, в). В ПП n -типа проводимости концентрация электронов больше, чем дырок, и электроны являются основными носителями заряда, а дырки - неосновными. В ПП р-типа проводимости - наоборот.
Свободные носителя заряда в ПП, появившиеся и результате теплового возбуждения, называют тепловыми или равновесными, а дополнительные носители заряда, появившиеся за счет света, электрического поля, облучения и т.д.» называют неравновесными.
Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 475;