3. Параметри домішкових напівпровідників

Крім перерахованих домішкові напівпровідники мають наступні параметри.

1. Тип провідності р або п (див. рис. 2.4).

2. Концентрація донорів N_Д або акцепторів N_А - число домішкових атомів в одиниці об'єму речовини.

3. Енергія іонізації домішки E_Д, E_А - енергія, відлічувана від стелі валентної зони для акцепторного напівпровідника або від дна зони провідності для донорного напівпровідника (див. рис. 2.4), тобто це енергія, необхідна для відриву домішкового електрона від донорно-акпепторного зв'язку.

4. Концентрація вільних електронів п або дірок р – кількість вільних електронів або дірок в одиниці об'єму речовини. Температурна залежність концентрації вільних носіїв заряду в домішковому напівпровіднику більше складна, чим у власному (рис. 2.6).

Це пов'язане з механізмом переносу носіїв заряду. При 0 К всі домішкові електрони перебувають на домішковому рівні з енергією E_Д, а власні електрони - у валентній зоні.

При додатку електричного поля струм у такому напівпровіднику не протікає, тому що відсутні носії заряду. При підвищенні температури першими відриваються й переходять у зону провідності домішкові електрони, дірок при цьому не утвориться. На цьому етапі електрична провідність обумовлена тільки домішковими електронами (рис. 2.6, ділянка 1):

(2.18)

При подальшому підвищенні температури всі домішкові електрони виявляються вільними й домішка "виснажується" (рис. 2.6, ділянка 2). У цьому випадку концентрація вільних електронів приблизно дорівнює концентрації донорів:

n  N_D, (2.19)

Якщо температура висока, збуджуються власні електрони, при цьому утворяться й електрони, і дірки, тобто напівпровідник стає власним (рис. 2.6, ділянка 3). У цьому випадку концентрація вільних носіїв заряду визначається (2.13).

5. Питома електрична провідність у донорному напівпровіднику на ділянці домішкової провідності обумовлена тільки електронами (див. рис.2.6, ділянка I):

σ_п = епμ_п,

або з обліком (2.11) і (2.18)

(2.20)

Тому на першій ділянці нахил прямій пропорційний E_D/2k.

На ділянці 2 згідно (2.19) концентрація носіїв заряду не залежить від температури, тому електрична провідність буде визначатися тільки залежністю рухливості від температури. При високих температурах носії заряду розсіюються на теплових коливаннях кристалічної решітки й справедливе співвідношення (2.11), тобто

(2.21)

І ншими словами, електрична провідність із підвищенням температури зменшується (рис. 2.7, ділянка 2б).

При низьких температурах розсіювання носіїв заряду відбувається на іонізованих домішках. При цьому

. (2.22)

З обліком цього

(2.23)

т. е. електрична провідність напівпровідника з підвищенням температури зростає (рис. 2.7, ділянка 2а). При високих температурах спостерігається власна електрична провідність і справедливе співвідношення (2.17) (рис. 2.7, ділянка 3).

Контрольні питання

1. Які матеріали відносяться до класу напівпровідників?

2. Основні характеристики напівпровідникових матеріалів?

3. Які фактори визначають електричну провідність напівпровідників?

4. Що таке власна й домішкова провідність?

5. Які параметри напівпровідників можна визначити з температурної залежності їхнього опору?

6. Чим відрізняється температурна залежність питомого опору власного напівпровідника від домішкового?

7. Що таке власний, донорний та акцепторний напівпровідник?

8. Що таке домішка заміщення та впровадження?

9. Як залежить рухомість носіїв заряду у власному напівпровіднику від температури?

10. Чим обумовлена темиературна залежність едектропровідності напівпровідника?

11. Які параметри характеризують домішкові напівпровідники?

12. Як змінюється рухомість носіїв заряду у домішкових напівпровідниках з температурою?

13. Як впливає температура на електропровідність домішковнх напівпровідників?

Лабораторна робота № 3

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОЇ ЗАЛЕЖНОСТІ

МЕТАЛЕВИХ ПРОВІДНИКІВ

Ціль роботи - вивчити вплив температури й змісту домішки на опір металевих провідників.

([1], с.186-229; [2], с.27-89)

Методика проведення експерименту

Досліджуються металеві сплави на основі міді й нікелю (типу константану), а також нікелю й хрому (типу ніхрому). Їхні основні параметри наведені в табл. 3.1.

Питомий опір провіднику можна визначити так:

, (3.1)

де R - опір провідника; l - довжина; S - площа поперечного переріза.

Таблиця 3.1

№ п/п	Склад	Довжина, м	Діаметр, мм	Т, °С	R, Ом	ρ, мкОм-м	αρ, К^-1
1 2 3 4 5	Сu 85% + Nі 15% Сu 60% + Nі 40% Сu 20% + Nі 80% Сu 100% Nі 80% + Cr 20%	8,7 6,2 7,7 30,0 6,5	0,17 0,18 0,12 0,08 0,40

Температурний коефіцієнт питомого опору визначається по температурній залежності питомого опору провідника:

(3.2)

де ρ - питомий опір при кімнатній температурі; dρ/dT - нахил прямої в координатах ρ = f(T).

Для зняття температурної залежності опору металевих провідників використується наступна схема виміру (рис. 3.1).