Собственная электронная и дырочная электропроводимость

Полупроводники представляют собой вещества, которые по своей удельной электрической проводимости занимают среднее положение между проводниками и диэлектриками.

Электропроводность - это свойство вещества проводить электрический ток.

Удельная электропроводимость — это величина, характеризующая электропроводность вещества.

При Т=300 °К удельная электропроводимость:

у проводников 10⁴¸10⁶сн/см,

у диэлектриков 10¹⁰ сн/см,

у полупроводников 10^-10¸10⁴сн/см.

В настоящее время для полупроводниковых приборов помимо Ge и Si используют химические соединения: арсенид галлия GaAs, антимонид индия InP и др.

При возрастании температуры сопротивление полупроводников уменьшается, а не увеличивается, как у большинства твердых проводников. Кроме того, электрическое сопротивление полупроводников очень сильно зависит от количества примесей, а также от внешних воздействий (свет, электрическое поле, излучение и т.д.).

В полупроводниках существует электропроводность двух типов: электронная и дырочная.

Электронная электропроводимость обусловлена перемещением электронов проводимости. При обычных температурах в полупроводни­ках всегда имеются электроны проводимости, Которые очень слабо свя­заны с ядрами атомов и совершают беспорядочное тепловое движение между атомами кристаллической решетки. Эти электроны, сохраняя беспорядочное движение, под действием разности потенциалов могут начать двигаться в определенном направлении. Такое дополнительное движение и является электрическим током.

Полупроводники обладают также дырочной электропроводностью, которая не наблюдается в металлах. Она является особенностью полу­проводников.

В атоме полупроводника под влиянием тепловых или других воздействий один из более удаленных от ядра валентных электронов переходит в зону проводимости. Тогда атом будет обладать положительным за­рядом, численно равный заряду электрона. Такой атом можно назвать положительным ионом. В электролитах при ионной электропроводно­сти ток представляет собой движение ионов (ион – путешественник), а при дырочной проводимости механизм перемещения электрических заря­дов иной. В полупроводниках кристаллическая решетка достаточно прочна. Ее ионы не передвигаются, а остаются на своих местах.

Отсутствие электрона в атоме полупроводника условно назвали дыркой. Дырки ведут себя, как элементарные положительные заряды.

Один из электронов, участвующих в ковалентной связи, получив дополнительную энергию, становится электроном проводимости, т.е. свободным носителем заряда, и может перемещаться в кристаллической решетке. А его прежнее место становится свободным. Это место занимает электрон проводимости от соседнего атома, а сам соседний атом становится дыркой и т.д. Результатом этого является переме­щение положительных зарядов – дырок – в направлении, противоположном движению электронов. (Пример с креслами в зрительном зале).

Электроны и дырки, которые могут перемещаться и создавать электропроводность называют подвижными носителями зарядов или просто носителями заряда. Под действием тепла, света и т.д. происходит генерация, пар носителей зарядов (пара: электропроводимости, дырка проводимости). Электроны проводимости могут снова занимать сво­бодные места в валентной зоне, т.е. объединяются с дырками. Исчезновение пар – процесс рекомбинации носителей заряда.

Полупроводник без примесей называют собственным полупроводником или полупроводником i – типа. Он обладает собственной электропроводностью, которая складывается из электронной и дырочной электропроводности. Электронная электропроводимость преобладает, что объясняется большей подвижностью электронов, нежели дырок.

Движение носителей заряда под действием электрического поля на­зывается дрейфом носителей, а ток проводимости – дрейфовым током i_др.. Полный ток проводимости складывается из электронного i_{п др.}. и дырочного i_{р др} тока проводимости.

i_др. = i_{п др.}+ i_{р др}

(эти токи складываются, т.к. движение дырок представляет собой пе­ремещение электронов).