6. Собственная электропроводность полупроводниковых материалов.

В полупроводниках при некотором значении температуры, отличном от 0 К часть электронов имеет энергию, достаточную для перехода в зону проводимости. Эти электроны становятся свободными, а полупроводник электропроводным.

У ход электрона из валентной зоны приводит к образованию незаполненного энергетического уровня.

Незаполненное энергетическое состояние носит название дырки.

Электропроводность, обусловленную движением элек-тронов называют электронной, а электропроводность, обусловленную движением дырок – дырочной.У абсолютно чистого полупроводника при температуре, отличной от 0 К свободные электроны и дырки образуются попарно. Электропроводность такого полупроводника называется собственной.

Генерация – процесс образования пар электрон-дырка.

Движение образованных носителей продолжается до тех пор, пока электрон не будет «захвачен» дыркой, а энергетический уровень дырки не будет «занят» электроном из зоны проводимости, разорванные валентные связи при этом восстанавливаются.

Рекомбинация – процесс исчезновения пар электрон-дырка.

Время жизни носителей (τ) – промежуток времени с момента генерации носителя до его исчезновения (рекомбинации).

Диффузионная длина (L) - расстояние, пройденное носителем заряда за время жизни.

Е сли к полупроводнику приложить электрическое поле напряженностью E, то хаотическое движение упорядочивается и возникают два встречных потока носителей заряда, создающих токи, плотности которых равны:

Уровень Ферми для собственного полупроводника располагается по посередине запрещённой зоны

К онцентрацию электронов проводимости для собственного полупроводника можно определить по формуле:

где Nc – эффективная плотность состояний в зоне проводимости.

В идеальной кристаллической решётке собственного полупроводника число дырок равно числу свободных электронов:

Это результат равновесия процессов генерации и рекомбинации носителей заряда.

Ч исло исчезающих в единицу времени электронно-дырочных пар характеризуется скоростью рекомбинации:

Она зависит от свойств полупроводника и пропорциональна концентрации электронов и дырок.

Скорость генерации – число освобождающихся в единицу времени электронно-дырочных пар:

О на зависит от ширины запрещённой зоны и температуры полупроводника.

. Примесная электропроводность полупроводниковых материалов.

Донор – примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электронами и отдающий в возбужденном состоянии электрон в зону проводимости.

Донорная примесь – фосфор P, сурьма Sb, мышьяк As.

Акцептор - примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень свободный от электронов в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны при возбуждении, создавая дырки в валентной зоне.

Акцепторная примесь – галлий Ga, индий In, бор B.

П олупроводник с донорной примесью называют электронным, или полупроводником n-типа.

N_c-эффективная плотность состояний в зоне проводимости

В полупроводниках с донорной примесью концентрация электронов проводимости равна:

С учетом выражения для скорости рекомбинации для концентрации дырок можно записать:

Электроны в этом случае являются основными носителями заряда, дырки – неосновными носителями.

Полупроводник с акцепторной примесью называют дырочным, или полупроводником p-типа.

N_v-эффективная плотность состояний в валентной зоне

N _а-концентрация в валентной примеси

В полупроводниках с акцепторной примесью концентрация дырок равна:

С учетом выражения для скорости рекомбинации для концентрации электронов можно записать:

Дырки в этом случае являются основными носителями заряда, а электроны – неосновными носителями.