conductivitate electrică proprie

Principiul de funcționare a dispozitivelor semiconductoare este determinată de proprietățile fizice ale materialelor semiconductoare care, prin rezistivității lor ocupă o poziție intermediară între conductoarele și dielectricilor. Rezistivitatea conductoarelor # 961 = 10 -6 - 10 -5 Ohm * cm, semiconductori - # 961 = 10 -4 - 10 -5 Ohm * cm, dielectric - # 961; = 10 octombrie 06-16 ohm * cm. Proprietățile semiconductoare si conductoare sunt diferite. Odată cu creșterea temperaturii rezistența conductoarelor crește și rezistența scade semiconductori și dielectrici. Această diferență calitativă indică un mecanism de conducție diferit în aceste materiale.

Majoritatea dispozitivelor semiconductoare moderne sunt realizate din siliciu (Si), germaniu (Ge) - grupa 4 elemente ale tabelului periodic D. I. Mendeleeva și arseniura de galiu (GaAs).

Structura cristalină a Si și Ge este același cu cel de diamant: fiecare atom este înconjurat de patru atomi situate la nodurile unui tetraedru regulat. Un model bidimensional al rețelei cristaline este prezentată în (fig. 1).

După cum se știe, atomii de elemente diferite pot fi identificate shell electron complet umplut (intern) și semifabricatul (exterior). Electronii situate în învelișul exterior, numit valenta. Forțele care dețin atomii la site-uri cu zăbrele, au natură cuantică, ele apar datorită schimbului de electroni de valență care interacționează atomi. O astfel de legătură se numește covalente (abur) (Fig. 2). circuri mari reprezintă ionii Ge.

Nucleele atomilor din carcasele interioară 4 au o sarcină pozitivă, care este echilibrată de sarcinile negative ale electronilor din învelișul exterior indicate prin cercuri mici. Împreună cu electronii atomilor învecinate, ele formează legături covalente așa cum se arată prin linii în rețeaua cristalină. Astfel, învelișul exterior 4 sunt electroni și electron 4, luat unul la patru atomi vecine. Într-o astfel perfectă electroni cristal cu zăbrele mișcare direcționată imposibil, t. K. Hinder el forțele de interacțiune de electroni cu atomi de Ge. Acest lucru este valabil și pentru o temperatură de zero absolut (T = 0).

La temperaturi diferite de zero absolut, atomii zăbrele vibreze și unele dintre electronii obține energie pentru a se rupe de atomul său. În acest caz, o încălcare a legăturii covalente formate de electroni de conducere și o gaură, care este o legătură rupt. Astfel, datorită vibrațiilor zabrele termică este generată de perechi electron-gol (fig. 3). Aceste perechi de electroni pot ocupa orice poziție în zăbrele, și rătăcind pe cristal legătura ruptă - gaura - nu se poate. Se mișcă de la un atom la altul datorită faptului că legătura covalentă ruptă este înlocuită cu un electron de la un atom învecinate, formând o nouă legătură și t rupte. D. Ca urmare, electronul liber și o gaură acolo și se mișcă independent.

Semiconductor, care nu are relații externe, se numește un ghid adecvat. Această concentrație de electroni cu semiconductori și găuri la fel. Se numește auto-concentrare și este egală cu

unde A este - un coeficient de proporționalitate, T - temperatura absolută - bandgap la T = 0K, egală cu energia minimă care trebuie împărtășită unui electron să se retragă din banda de valență la banda de conducție; k - este Boltzmann.

Capacitatea de electroni și găuri muta într-un câmp electric este numit mobilitatea câmpului. Mobilitatea este o viteză gaură sau de electroni, la o intensitate a câmpului egal cu unitatea.

Conductivitatea specifică a semiconductorului

în cazul în care. - mobilitatea electronilor și găuri, q - taxa elementară, n și p - concentrația volumetrică de electroni și goluri, respectiv.

Mobilitatea electronilor în Si si Ge în 2-2,5 ori mai mare decât mobilitatea gaura, astfel încât conductivitatea intrinsecă a semiconductorului este în mod esențial electronic în natură.

Dacă există urme de alte substanțe în semiconductoare, apoi, în plus față de propria conductivitate electrică apare mai conductivitate impurități, care, în funcție de tipul de impurități poate fi electroni sau găuri.

Impuritatile care cauzează conductivitatea electronică a semiconductoare, numit donator, iar gaura - acceptor.

Ca elemente utilizate donor de impuritate 5 din tabelul periodic: fosfor, arsen și antimoniu; ca un element de impurități acceptoare sunt utilizate 3 grupa: bor, galiu și indiu.

Atunci când se face un atom de impuritate semiconductor ale unora dintre zăbrele sale de cristal sunt înlocuiți cu atomi de impuritate. În prezența impurităților donor, de exemplu, arsenic As (Fig. 4), patru electronii de valență participă la formarea de legături covalente. Al cincilea electron de valență interacționează numai cu atomul de impuritate, astfel se poate lăsa cu ușurință atomul de arsenic și pentru a muta sub influența unui câmp electric extern. În prezența unui anumit număr de atomi de impuritate în semiconductor, o cantitate substanțială de electroni liberi. Conductivitatea datorită mișcării electronilor liberi se numește conductivitate de electroni și electronice conductor semiconductor - tip n semiconductor.

La introducerea unui atom trivalent cu zăbrele impurități punctiforme, cum ar fi indiu în (fig. 5) pentru a crea legătura covalentă a unui electron lipseste. Comunicarea cu un sfert atom este gol, cu toate acestea, poate fi relativ ușor să se deplaseze electronii de valență de obligațiuni vecine, adică. K. în care energia de ionizare este mică. Un scaun poate sări în rândul său, un alt electron din următorii atomi adiacenți și t. D. O astfel de deplasare secvențială a electronilor este privită ca mișcarea unei legături covalente, numită o gaură și având o sarcină pozitivă asupra

întâlnire electroni de deplasare. Conductivitatea datorită mișcării de găuri se numește o gaură, și un semiconductor cu o conductivitate de tip p - tip p conductor.

În practică, nu pot fi obținute numai cu semiconductori donor sau acceptor de impurități. De obicei, în semiconductor conține electroni liberi și găuri.

Amestecării afectat în mod semnificativ conductivitatea caracterului semiconductor, sau concentrația de impurități trebuie să fie pe ordinea sau mai multe ordine de mărime mai mare decât concentrația naturală intrinsecă purtător.

-Tip n semiconductor, numărul de electroni liberi este mai mare numărul de găuri, astfel încât acești electroni se numesc purtători majoritari și găurile - minoritatea. Pe de altă parte, în semiconductoare p-tip purtători majoritari sunt găuri și electroni - purtători minoritari.