Лекция 16 Электропроводность полупроводников. Термоэлектрические явления.

1. Собственная проводимость полупроводников.

Полупроводники обязаны своим названием тому обстоятельству, что по величине электропроводности они занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами. Проводимость полупроводников растет с ростом температуры (у металлов она уменьшается).

Различают собственную и примесную проводимость полупроводников.

	Собственная проводимость возникает в результате перехода электронов с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости. При тепловом возбуждении электрона, находящегося в валентной зоне, он освобождает состояние в валентной зоне и переходит в зону проводимости, образуя там заполненное состояние.
Рис.1. Зонная модель германия.

Незаполненное состояние, или вакансия, образующееся при этом в валентной зоне, называется дыркой.

К полупроводникам относятся: бор, кремний, германий, фосфор, мышьяк, селен, углерод, CuO, FeO, In ₂O₃, ферриты, жидкие полупроводники. Например, растворы натрия и калия в аммиаке.

В присутствии внешнего электрического поля ближайший к дырке электрон в валентной зоне попадает в нее, оставляя при этом новую дырку, которую заполнит следующий соседний электрон и т.д. То есть дырка перемещается в направлении, противоположном направлению движения электронов и ведет себя как носитель положительного заряда. Таким образом, ток при собственной проводимости обусловлен движением электронов в зоне проводимости и движением дырок в валентной зоне.

При повышении температуры на каждые 10 К сопротивление образца из чистого кремния уменьшается вдвое. Поэтому чистый кремний можно использовать в качестве очень

чувствительного электронного датчика температуры. Такое устройство, изготовленное из чистого полупроводника, называется термистором. Такой термистор, установленный в термопеленгаторе, позволяет обнаруживать объекты, дающие тепловое излучение.

	Выражение для проводимости имеет вид (1) Логарифм (1) . Если на графике изобразить от, то для собственных полупроводников получается прямая линия, представленная на рис.2.
Рис.2.

По наклону этой прямой можно определить ширину запрещенной зоны.

Типичными полупроводниками являются элементы IV группы периодической системы Менделеева – германий и кремний. Они образуют решетку типа алмаза, в которой атом связан с четырьмя соседними атомами, каждая связь образована двумя электронами. Тепловое движение может разорвать отдельные связи, освободив один электрон. Покинутое электроном место перестает быть нейтральным, в его окрестности возникает избыточный положительный заряд – образуется дырка. На это место может перескочить электрон одной из соседних пар. В результате дырка начинает также странствовать по кристаллу, как освободившийся электрон.

Когда внешнее поле отсутствует, электроны проводимости и дырки движутся хаотически. При включении поля на хаотическое движение накладывается упорядоченное движение: Электронов против поля и дырок – по полю. Оба движения – дырок и электронов – приводят к переносу заряда вдоль кристалла, следовательно, собственная электропроводность обуславливается носителями зарядов двух знаков – отрицательными электронами и положительными дырками.