Полупроводники

так що вільних електронів у чистому германії немає.

Таким чином, чистий германій за дуже низьких температур має бути надійним ізолятором. Під час підвищення температури кристала внаслідок теплових коливань решітки відбувається розривання деяких валентних зв'язків. У результаті цього частина електронів, які раніше брали участь в утворенні валентних зв'язків, відщеплюються і стають електронами провідності. За наявності електричного поля вони переміщаються проти поля і утворюють електричний струм. Цей механізм провідності по суті не відрізняється від провідності металів.

Однак істотною відмінністю від металів, яка визначає виняткові можливості технічного використання напівпровідників, є можливість ще й іншого механізму електропровідності. Він зумовлений тим, що будь-яке розривання валентного зв'язку спричиняє появу вакантного місця, де відсутній зв'язок. Такі місця з відсутніми електронами зв'язку дістали назву «дірок» (мал. 2).

Нестача в даному місці одного елементарного електричного заряду еквівалентна наявності однакового за значенням надлишкового позитивного заряду, тому дірка веде себе як позитивно заряджена частинка. Дійсно, за наявності дірки один з електронів зв'язку може перейти на її місце, внаслідок чого на цьому місці відновлюється нормальний зв'язок, але з'явиться дірка в іншому місці і в цю нову зможе перейти якийсь з інших електронів зв'язку, а це рівносильно переміщенню дірки. Щось схоже спостерігається, наприклад, коли в ряду крісел у театрі є вільне крайнє праве місце і глядачі послідовно пересідають на вільне місце. Все відбувається так, ніби вільне місце рухається справа наліво в бік, протилежний переміщенню глядачів.

У зовнішньому електричному полі електрони провідності рухаються проти напруженості поля, а дірки — в напрямі напруженості. В результаті електричний струм забезпечується рухом як електронів провідності, так і дірок

Прийнято розрізняти ці струми, називаючи їх відповідно електронним і Зірковим, а електропровідність, зумовлену переміщенням дірок, називають дірковою провідністю. В процесі діркової провідності беруть участь не позитивно заряджені Йони атомів, а звичайні електрони зв'язку (непровідності), які переміщаються від дірки до дірки проти поля.

Розглянуте вище стосується хімічно чистих напівпровідників, які містять завжди однакові кількості електронів провідності і дірок.

Домішкова електропровідність напівпровідників

Вище вже йшлося про те, що мізерні кількості домішок різко змінюють електричні властивості напівпровідників. При цьому під домішкою звичайно розуміють як атоми чи йони інших елементів, так і різного роду дефекти і спотворення в кристалічній решітці: вузли, тріщини тощо. Далі розглянемо в основному спотворення решітки, зумовлені наявністю реальних домішок — атомів інших елементів.

Повернемося до конкретного прикладу. Припустимо, що в напівпровіднику германію є атоми інших хімічних елементів, які заміщають окремі його атоми. Нехай домішками є атоми Фосфору — елемента п'ятої групи Періодичної системи хімічних елементів. Він має п'ять валентних електронів. Але для забезпечення парно-електронних зв'язків чотиривалентного Германію потрібно всього чотири електрони. Тому п'ятий електрон атома Фосфору виявляється зв'язаним особливо слабко і може бути легко відірваним від домішкового атома за рахунок енергії теплових коливань. При цьому виникає електрон провідності, а атом Фосфору перетворюється на позитивно заряджений йон. Утворення ж дірки не відбувається. Подібний процес схематично показаний на малюнку 3.

Отже, домішки можуть збільшувати концентрацію електронів провідності і створювати в напівпровіднику електронну домішкову провідність я-типу

1 2 3 4 5 6

Похожие работы