Conductivitatea electrică a semiconductorilor intrinseci

semiconductori chimic pure se numesc semiconductori intrinseci. Acestea includ un număr de elemente pure chimic (germaniu, siliciu, seleniu, telur, etc.), și mulți compuși chimici, cum ar fi arseniura de galiu (GaAs), arseniura indiu (InAs), indiu antimonid (InSb), Karbid Kremniya ( SiC), etc. Semiconductors au o rețea cristalină de tip diamant, care constă dintr-o multitudine de tetraedre identice.

In formarea cip semiconductor fiecare atom, fiind în site-ul de cristal cu zăbrele, se creează o conexiune cu patru atomi vecine. Fiecare legătură este format dintr-o pereche de electroni de valență (unul - dintr-un anumit atom, iar celălalt - din vecin) numita covalentă. Ambele legătură covalentă a unui electron într-un cristal ce orbitează acoperă ambii atomi. Electronii atomii se leagă la și ținut în această privință, forțele de atracție pentru nucleele acestor atomi.

Fig. 1.3. Un model schematic al porțiunii plane a rețelei cristaline de siliciu sau germaniu (a) și structura tridimensională sale (b)

În absența impurităților și temperatura absolută T la zero = 0 K, un cip semiconductor electronii de valență sunt legături covalente ale atomilor, astfel încât nu există nici electroni liberi. În acest caz, cipul nu poate conduce electricitatea si este un izolator perfect.

Fig. 1.4. Generarea de perechi de „electron liber - gaură“ în distrugerea unei legături covalente (a) și găurile trece la cristalul (b)

La o temperatură peste zero absolut, atomii cristalului sub influența căldurii oscileze despre site-urile de cristal cu zăbrele. Amplitudinea acestor oscilații este mai mare este mai mare temperatura cristalului. Acești electroni din legăturile covalente care primesc bandgap energie termică egală sau mai mare decât lățimea, și lăsând conexiunile detașat. Ei devin libere (Fig. 1.4a) și se pot deplasa în interiorul cristalului, creând un curent electric. purtător de electroni este gratuit sarcină negativă mobil. În acest caz, se va potrivi cu starea de energie, care este în banda de conducție.

La locul unde electronul este plecat, starea electroneutralității este încălcată, și există un post vacant de electroni încărcat pozitiv, care se numește o gaură (o sarcină pozitivă se datorează nu compensată taxa nucleară). Această gaură încărcată pozitiv în diagrama energetică corespunzătoare stării de energie liberă în banda de valență formată după retragerea de electroni (în partea superioară a benzii de valență). În electronii benzii de valenta are o oportunitate de a lua o stare în care, după cum electroni de valență ocupa starea vacant de gaura corespunzătoare, o gaură în zona de energie se deplasează din banda de valență la partea sa inferioară.

Aceasta corespunde trecerii la locul găurilor de electroni adiacent legăturii covalente în procesul de coordonate revizuire spațiu (aceasta gaura este în altă parte). Mutarea gaura încărcat pozitiv este însoțită de apariția curentului. Astfel, în plus față de electroni în cristal, taxa de transfer poate participa găuri încărcate pozitiv (vezi. Fig. 1.4), adică o gaură poate fi considerată ca o particulă, care este o mobilitate pozitivă purtător de sarcină. Direcția de deplasare a unei găuri în câmpul electric este opusă direcției de mișcare a electronilor.

electroni liberi se deplaseze în spațiul dintre punctele de cristal cu zăbrele și găurile - prin legături covalente, astfel încât mobilitatea purtătorilor de sarcină negativă mai bună decât pozitiv.

Procesul de formare a unei perechi de „liber de electroni - gaura“ se referă la generarea de perechi de purtător de încărcare. Pentru o perfectă fără impurități și defecte, concentrare (ni) cristal de electroni este egală cu concentrația găurii (pi). Această concentrație purtătoare privat: ni = pi. Indicele i este concentrația de purtători pentru semiconductor intrinsec (intrinsec - propriu).

Concentrarea purtătorilor de sarcină mobile depinde de temperatura cristalului și interzise lățime de bandă: purtătoare crește odată cu creșterea concentrației temperaturii și scăderea bandgap. Prin urmare, conductivitatea electrică specifică a semiconductorului, este proporțională cu concentrația de purtători de sarcină, de asemenea, crește odată cu creșterea temperaturii, iar valoarea sa este mai mare într-un semiconductor cu o lățime de bandă mai mică interzicând (Wz?).

Fig. 1.5. Diagrama de energie care ilustrează schaya propria-conductivitate semiconductor la legătură covalentă pauză

electron liber, ceea ce face mișcarea haotică, poate umple o gaură într-o legătură covalentă. Apoi, legătura covalentă ruptă este redusă, iar perechea de purtători (electroni și gaura) dispare, adică Recombinarea apare nositeleyzaryada semne opuse. Acest proces este însoțit de eliberarea de excesul de energie sub formă de căldură sau lumină. În diagrama energetică (fig. 1.5) corespunde recombinarea tranziției electronilor din banda de conducție la nivelul vacant în banda de valență.

Ambele procese - generatoare de perechi de purtători și recombinarea lor - orice cantitate de semiconductoare au loc simultan. Concentrația purtătoare corespunzătoare se stabilește de la starea de echilibru dinamic, în care numărul de purtători emergente este egal cu numărul de recombinarea. Intervalul de timp dintre instantanee de generare și recombinare timpul purtător de sarcină de electroni liberi se numește viu sau găuri, și a călătorit pentru o durată de viață purtător de sarcină al distanței - calea liberă. Având în vedere că durata de viață a purtătorilor individuali este diferit în cadrul acestor termeni se înțelege durata medie de viață și drumul liber.

Purtătorilor de sarcină mobile sunt responsabile pentru conductivitatea electrică a semiconductorilor. În absența unui câmp electric purtătorilor de sarcină muta în mod aleatoriu. Sub influența câmpului electric, electronii și găuri, în timp ce continuă să participe la mișcarea termică aleatoare, deplasa de-a lungul câmpului: electroni - spre un potențial pozitiv, găurile - în direcția negativă. mișcarea direcțională a ambelor tipuri de purtători de sarcină creează un curent electric în cristal, care are două componente - electronul și gaura.

Conductivitatea semiconductorului, datorită unui număr egal de electroni și găuri care apar datorită distrugerii legăturilor covalente, sunt numite conductivitate privată.

Legate de intrări:

none găsit