то для напівпровідників виходить пряма лінія, зображена на рис. 2. По нахилу цієї прямої можна визначити ширину забороненої зони О”W.
Типовими напівпровідниками є елементи IV групи періодичної системи Менделєєва - германій і кремній. Вони утворюють грати, в якій кожен атом пов'язаний ковалентними (парно-електронними) зв'язками з чотирма рівновіддаленими від нього сусідніми атомами. Умовно таке взаємне розташування атомів можна представити у вигляді плоскої структури, зображеної на рис. 4. Гуртки зі знаком В«+В» позначають позитивно заряджені атомні залишки (Тобто ті частини атома, до торая залишається після видалення валентних електронів), гуртки зі знаком В«-В» - валентні електрони, подвійні лінії-ковалентні зв'язку.
При досить високій температурі теплове дви ються може розірвати окремі пари, звільнивши один електрон (такий випадок зображений на рис. 4). p> Покинуте електроном місце перестає бути нейтральним, в його околиці виникає надлишковий поклади вальний заряд + е - утворюється дірка. На це місце може перескочити електрон однієї з сусідніх пар. В результаті дірка починає також мандрувати по кристалу, як і звільнився електрон.
Якщо вільний електрон зустрінеться з дір кою, вони рекомендують (з'єднуються). Це означає, що електрон нейтралізує хати точний позитивний заряд, наявний в околиці дірки, і втрачає свободу пересування до тих пір, поки знову не отримає від кристалічної решітки енергію, достатню для свого вивільнення. Рекомбінація призводить до одночасного зникнення вільного електрона я дірки. На схемі рівнів процесу рекомбінації відповідає перехід електрона із зони провідності на один з вільних рівнів валентної зони.
Отже, в напівпровіднику йдуть одночасно два процесу: народження попарно вільних електронів і дірок і рекомбінація, що приводить до попарному зникнення електронів і дірок. Ймовірність першого процесу швидко зростає із температурою. Ймовірність рекомбінації пропорційна як числу вільних електронів, так і числу дірок. Отже, кожній температурі відповідає певна - рівноважна концентрація електронів і дірок, величина якої змінюється з температурою по такому ж закону, як і Пѓ [см. формулу (1.2)].
У відсутність зовнішнього електричного поля електрони провідності і дірки рухаються хаотично. При включенні поля на хаотичний рух накладається впорядкований рух: електронів проти поля і дірок - у напрямку поля. Обидва рухи - і дірок, і електронів - призводять до перенесення заряду вздовж кристала. Отже, власна електропровідність обумовлюється як би носіями зоря да двох знаків-негативними електронами і позитивними дірками.
Власна провідність спостерігається у всіх без винятку напівпровідниках при досить високій температурі.
В
1.4 Домішкова провідність напівпровідників
Цей вид провідності виникає, якщо деякі атоми даного напівпровідника замінити у вузлах кристалічної решітки атома ми, валентність яких відрізняється на одиницю від валентності основних атомів. На умовно зображена решітка германію з примі сью 5-валентних атомів фосфору. Для утворення ковалентних зв'язків з сусідами атому фосфору достатньо чотирьох електронів. Отже, п'ятий валентний електрон виявляється як би зайвою і легко відщеплюється від атома за рахунок енергії теплового руху, утворюючи мандрівний вільний електрон. На відміну від розглянутого раніше випадку освіта вільного електрона не супроводжується порушенням ковалентних зв'язків, тобто утворенням дірки. Хоча в околиці атома домішки виникає надмірна поклади вальний заряд, але він пов'язаний з цим атомом і переміщатися по Решітка не може. Завдяки цьому заряду атом домішки може захопити наблизився до нього електрон, але зв'язок захопленого електрона з атомом бу дет нетривкою і легко порушується знову за рахунок теплових коливань решітки.
Таким чином, в напівпровіднику з 5-валентної домішкою є тільки один вид носіїв струму - електрони. Відповідно кажуть, що такий напівпровідник володіє електронною провідністю або є напівпровідником n-типу (від слова negativ - негативний). Атоми домішки, які постачають електрони провідності, називаються донорами. p> Домішки спотворюють поле решітки, що призводить до виникненню на енергетичній схемі так званих локальних рівнів, розташованих у заборонений ної зоні кристала (рис. 6). Будь-який рівень валентної зони або зони провідності може бути зайнятий електроном, що знаходиться в будь-якому місці кристала.
Енергію, відповідну локального рівня, електрон може мати, лише перебуваючи поблизу атома домішки, що викликав появу цього рівня. Отже, електрон, що займає домішковий рівень, локалізована поблизу атома домішки.
Якщо донорні рівні розташовані недалеко від стелі валентної зони, вони не можуть суттєво вплинути на електричні властивості кристала. Інакше йде справа, коли відстань таких рівнів від дна зони провідності набагато менше, ніж ширина забороненої зони, У цьому випадку ен...
