ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛУПРОВОДНИКАХ

ρ = 0,017⋅10-6 Ом⋅м.
Полиэтилен - ρ = 1015 Ом⋅м,
Кремний

- ρ = 2⋅103 Ом⋅м.

ярко выраженная температурная зависимость удельного электрического сопротивления. С повышением температуры

оно, как правило, уменьшается на 5...6% на градус, в то время как у металлов удельное электрическое сопротивление с повышением температуры растет на десятые доли процента на градус.
Удельное сопротивление полупроводника также резко уменьшается при введении в него незначительного количества примеси.

Рисунок 1.1. Энергетическая диаграмма кристалла при

Т=0° К.

Заполненная или валентная зона

Свободная зона

Запрещенная зона

ΔW ≤ 3 эВ – полупроводник
ΔW > 3 эВ - диэлектрик
ΔW = 0 - металл.

германий (ΔW = 0,67 эВ)

кремний (ΔW =1,12 эВ)

кристаллической решетки
(б) - энергетическая диаграмма полупроводника с собственной электропроводностью.

– процесс при котором электрон восстанавливает ковалентную связь.
Из-за процессов

генерации и рекомбинации носителей зарядов при данной температуре устанавливается определенная концентрация электронов в зоне проводимости ni, и равная ей концентрация дырок pi, в валентной зоне.

Полупроводники с собственной электропроводностью

которого равна 0,5;
WДН - энергия, соответствующая "дну" зоны проводимости;
WВ

- энергия, соответствую­щая "потолку" валентной зоны;
Аn, Ар - коэффициенты пропорциональности;
k - постоянная Больцмана, равная 1,37⋅10-23 Дж/град;
Т- абсолютная температура, К.

Полупроводники с собственной электропроводностью

(1.1)

зоны Wi, а также Аn = Ар = А.


Полупроводники

с собственной электропроводностью

(1.2)

4-валентный полупроводник :
5-валентные атомы (фосфор Р, сурьма Sb)
Примеси, увеличивающие

число свободных электронов, называют донорными или просто донорами

Рисунок 1.4
(а) - условное обозначение кристаллической решетки
(б) - энергетическая диаграмма полупроводника с электронной электропроводностью.

которых концентрация свободных электронов в зоне проводимости превышает концентрацию дырок

в валентной зоне, называются полупроводниками, с электронной электропроводностью или полупроводниками n-типа.

(1.3)

С учетом соотношений (1.1) выражения (1.3) можно представить в следующем виде:

(1.4)

(1.5)

>>

( = Nд,

≈ 0)

(1.6)

где Nд - концентрация донорных атомов в полупроводнике

4-валентный полупроводник :
3-валентные атомы (галлий Ga, индий In)
Примеси, захватывающие

электроны из валентной зоны, называют акцепторными или акцепторами.

Рисунок 1.4
(а) - условное обозначение кристаллической решетки
(б) - энергетическая диаграмма полупроводника с дырочной электропроводностью.

основными носителями являются дырки, а электроны – неосновными подвижными носителями

заряда, носят название полупроводников с дырочной электропроводностью или полупроводников р-типа.

(1.7)

>>

(1.8)

(1.9)

где Na — концентрация акцепторных атомов в полупроводнике

При условии

выражение:

(1.10)

которое показывает, что введение в полупроводник примесей приводит к увеличению концентрации одних носителей заряда и пропорциональному уменьшению концентрации других носителей заряда за счет роста вероятности их рекомбинации.

Из-за столкновения носителей зарядов с атомами кристаллической решетки их движение

в направлении действия электрического поля прерывисто и харак­теризуется подвижностью μ. Подвижность равна средней скорости , приобретаемой носителями заряда в направлении действия электрического поля напряженностью Е = 1 В/м, т. е.

(1.11)

(μn > μp)

.

внешнего электрического поля со средней скоростью ,

определяется выражением

Перемещение (дрейф) дырок в валентной зоне со средней скоростью

создает в полупроводнике дырочный ток, плотность которого

(1.12)

Электропроводность полупроводника:

>


В полупроводнике р-типа

>

Скорость рекомбинации неравновесных носителей


где τp - время жизни дырок;

τn - время жизни электронов.
За время жизни концентрация неравновесных носите­лей уменьшается в 2,7 раза. Время жизни избыточных носителей составляет 0,01...0,001 с.

Неравномерное распределение неравновесных носителей зарядов сопровождается их диффузией в сторону меньшей концентрации. Это движение носителей зарядов обусловливает прохождение электрического тока, называемого диффузионным .