1 Проводимость собственная (химически чистые проводники) перимесная (электрические свойства определяются вводными примесями) . Физика полупроводников

Полупроводниками являются кристаллические вещества при ОК валентная зона полностью заполнена электронами, а ширина запрещенной зоны невелика. Проводимость проводников растет с повышением температуры.

В собственном полупроводнике при абсолютном нуле все уровни валентной зоны полностью заполнены электронами, а в зоне проводимости отсутствуют

Электрическое поле не может перебросить электроны из валентной зоны в зону проводимости.

Поэтому собственные полупроводники ведут себя при абсолютном нуле как диэлектрики. При температурах отличных от нуля часть электронов с верхних уровней валентной зоны переходят в результате теплового возбуждения на нижние уровни зоны проводимости.

При наличии вакантных уровней поведение электронов валентной зоны может быть представлено как движение положительно заряженных квантовых частиц, получивших название «дырок».

По своим электрическим свойствам валентная зона с небольшим числом вакантных состояний эквивалентна пустой зоне содержащей небольшое число положительно заряженных квазичастиц, называемых дырками.

Типичными полупроводниками являются элементы IV группы периодической системы Менделеева – германий и кремний.

При достаточно высокой температуре тепловое движение может разорвать отдельные пары, освободив один электрон.

Покинутое место перестает быть нейтральным, в его окрестности возникает избыточный положительный заряд +е, т.е. образуется дырка. На это место может перескочить электроны одной из соседних пар. В результате дырка начинает странствовать по кристаллу, как освободившийся электрон. Оба движения – и дырок, и электронов – приводят к переносу заряда вдоль кристалла.

Собственная проводимость обусловлена как бы носителями заряда двух знаков – отрицательными электронами и положительными дырками.

П

ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ

донорная

акцепторная

римесная проводимость возникает, если некоторые атомы данного полупроводника заменить в узлах кристаллической решетки атомами, валентность которых отличается на единицу от валентности основных атомов.

При повышении температуры концентрация примесных носителей быстро достигает насыщения.

Практически освобождаются все донорные или заполняются электронами все акцепторные уровни. По мере роста температуры все в большей степени начинает сказывается собственная проводимость полупроводника, обусловлена переходом электронов непосредственно из валентной зоны в зону проводимости. При высоких температурах проводимость полупроводника будет складываться из премесной и собственной проводимостей. При низких температурах преобладает примесная, а при высоких – собственная проводимость.

2. Запирающий слой

Металлическое тело представляет для валентных электронов потенциальную яму.

Потенциальная энергия валентных электронов внутри металла меньше, чем в не металла, на величину, равную глубине потенциальной ямы.

Граница соприкосновения двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную проводимость, называется электронно-дырочным переходом (р-п переход). Эти переходы имеют большое практическое значение, являясь оновой работы многих полупроводниковых приборов.

Область различной проводимости создают либо выращивании кристаллов, либо при соответствующей обработке кристаллов.

На кристаллах германия n-типа накладывается индиевая таблетка.

Эта система нагревается примерно при 500 ⁰С в вакууме или в атмосфере инертного газа, атомы индия диффундируют на некоторую глубину германия.

Так как германий, содержащий индий, обладает дырочной проводимостью, то на границе закристаллизовавшегося расплава и германия n-типа образуется р-п переход.

Рассмотрим физические процессы, проходящие в р-п переходе.

Пусть донорный проводник (работа выхода – Аn, уровень фермы - Е_F) приводится в контакт с акценторной полупроводником (работа выхода – Аn, уровень ферм - Е_{F р} ).

Электроны из n-полупроводника, где их концентрация, диффундировать в р-полупроводник, где их концентрация ниже. Диффузия дырок происходит в обратном направлении р→n.

В n-полупроводнике из-за ухода электронов в близи границы некомпенсированный положительный объемный заряд неподвижных ионизированных донорных атомов. В р-полупроводнике из-за ухода дырок в близи границы отрицательный объемный заряд неподвижных ионизированных акцепторов.

Эти объемные заряды образуют у границы двойной электрический слой d₁ и d₂ поле которого, направленное от n-облости к р-облости препятствует дальнейшему переходу электронов в направлении n→р и дырок р→n.

Если концентрация доноров и акцепторов в полупроводниках n-типа и р-типа, то потенциал слоев, в которых локализируется неподвижные заряды, равны (d₁ = d₂).

При определенной толщине р-n перехода наступает равновесное состояние, характеризуемое выравниванием равней Ферми для обоих проводников.

В области р-n перехода энергетические зоны искривляются, в результате чего возникает потенциальные барьеры для электронов и дырок.

Высота потенциального барьера определяется первоначальной разностью положений уровней Ферми.

Запирающий слой может работать в прямом или обратном направлении.