Напівпровідники. Власна провідність напівпровідників.
До напівпровідників відносять широкий клас речовин, які відрізняються від металів тим, що:
а) концентрація рухливих носіїв заряду в них істотно нижче, ніж концентрація атомів;
б) ця концентрація (а з нею і електропровідність) може змінюватися під впливом температури , Освітлення, невеликої кількості домішок;
в) електричний опір зменшується з ростом температури.
Відмінність напівпровідників від діелектриків умовно. До діелектриків зазвичай відносять речовини з питомим опором ρ> 1011-1012 Ом · см (При кімнатній температурі); до напівпровідників відповідно з ρ ≤ 1011 Ом · См.
Напівпровідники за своєю будовою поділяються на кристалічні, амфорние і стеклообразниє, рідкі. За хімічним складом напівпровідники діляться на елементарні, т. Е. Що складаються з атомів одного сорту (Ge, Si , Se, Т e), подвійні, потрійні, четверні з'єднання. Напівпровідникові сполуки прийнято класифікувати за номерами груп періодичної таблиці елементів, до яких належать входять в з'єднання елементи. Наприклад, GaAs та InSb відносяться до з'єднань типу AIIIBV (існують також і органічні напівпровідники).
Будова напівпровідників.
Будова напівпровідників розглянемо на прикладі кремнію.
В кристалічній решітці кремнію (Si) кожен атом має чотири найближчих сусіда. Кремній є чотирьохвалентним елементом, і взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється за допомогою ковалентного, або парноелектронную, зв'язку, коли в кожному зв'язку бере участь по одному електрону від кожного атома. Це так звані колективізованих електрони; більшу частину часу вони проводять в просторі між сусідніми іонами кремнію, утримуючи їх один біля одного. Кожен валентний електрон може рухатися по зв'язку уздовж всього кристала (від одного атома до іншого).
При низьких температурах парноелектронную зв'язку досить міцні, вони не розриваються, тому кремній не проводить електричний струм .
Електронна провідність.
Збільшення температури призводить до збільшення кінетичної енергії валентних електронів і розриву валентних зв'язків. Частина електронів стають вільними (подібно електронам в металі), кристали під дією електричного поля починають проводити струм (рис. Вище, б). Провідність напівпровідників, обумовлена вільними електронами, називається електронною провідністю. Концентрація носіїв заряду при збільшенні температури від 300 до 700 К зростає від 1017 до 1024 м-3, що і призводить до падіння опору.
Діркова провідність.
Розрив валентних зв'язків при збільшенні температури призводить до утворення вакантного місця з відсутньою електроном, яке має ефективний позитивний заряд і називається діркою. Стає можливим перехід валентних електронів з сусідніх зв'язків на місце, що звільнилося. Такий рух негативного заряду (електрона) в одному напрямку еквівалентно руху позитивного заряду (дірки) в протилежному.
Переміщення дірок по кристалу відбувається хаотично, але якщо до нього прикласти різниця потенціалів , Почнеться їх спрямований рух уздовж електричного поля. Провідність кристала, обумовлена дірками, називається доречнийпровідністю.
Електронна і діркова провідність чистих (бездомішкових) напівпровідників називається власною провідністю напівпровідників.
Власна провідність напівпровідників невелика. Так, в Ge число носіїв заряду (електронів) становить всього одну десятимільярдний частина від загального числа атомів.