Электропроводность полупроводников

Собственная проводимость имеется у п-ков, не содержащих примесей. Из зонной теории известно, что п-к характеризуется не очень широкой запрещенной зоной.

а) Собств. беспримесный п-к при Т=0 К.

б) Примесный п-к с донорной примесью.

в) Электронный п-к с донорной примесью.

г) Дырочный п-к с акцепторной примесью.

Если ширина запрещенной зоны велика, то электропроводность отсутствует, т.к. не существует ближайших свободных уровней. Если ширина запрещенной зоны невелика, имеется возможность теплового возбуждения электронов и переход в свободную зону. Эти электроны могут участвовать в электропроводности. Проводимость увеличивается с увеличением т-ры. В заполненной зоне, откуда ушли электроны, остаются дырки (свободные уровни), на которые могут переходить близлежащие электроны. В собственном п-ке имеются дырки и электроны. Уд. проводимость где е – заряд электрона, n_0i, p_0i – концентрации электронов и дырок соответственно (они равны между собой), u_n, u_p – подвижности электронов. Наличие примесей приводит к появлению в запретной зоне локальных уровней в близости к краям зоны проводимости или валентной зоны.

Примеси, поставляющие в зону проводимости электроны, называются донорами, а полуп-ки с такими примесями – полуп-ками n -типа. Донор примеси обычно располагается в запрещенной зоне, где создает локальные уровни близко к зоне проводимости (в). Другие примеси могут внести незаполненные уровни, располагающиеся вблизи валентной зоны (г). Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны, называются акцепторами. Полуп-к с такими примесями наз-ся полуп-ком p -типа. Таким образом, проводимость, обусловленную примесными атомами, нарушающими структуру решетки, называют примесной проводимостью.

Различные дефекты решетки: избыток одного из компонентов в-ва, смещение узлов решетки могут вызвать те же следствия, что и наличие примесных атомов. Следовательно, можно сделать вывод: существует 3 процесса проводимости в полуп-ках:

1). Собств.проводимость (одинаковое число электронов и дырок). Электроны переходят из заполненной зоны в зону проводимости.

2). Электронная проводимость (проводимость n -типа). Возникает, когда имеются электронные переходы в зоны проводимости, расположенных вблизи края уровня доноров.

3). Дырочная проводимость (проводимость p -типа). Образуются лишь свободные дырки путем электронных переходов из заполненной зоны на близко расположенные акцепторные уровни.

Те носители заряда, концентрация которых в данном полуп-ке больше, называются основными, а которых меньше, называются неосновными.

Зависимость электропроводности от т-ры.

Изменение электропроводности полуп-ка с т-рой обусловлено изменением концентрации носителей заряда с т-рой. В области низких т-р участок а-б. На этом участке концентрация обусловлена примесями. Точка б – это точка истощения электронных ресурсов примесных атомов. Участок б-в – примеси истощены, а электроны еще не переходят через запрещенную зону (область истощения примесей). Участок в-г – увеличение т-ры приводит к росту концентрации носителей вследствие перехода электронов через запрещенную зону. Наклон этого участка характеризует ширину запрещенной зоны.

Зависимость электропроводности полуп-ка от т-ры обусловлена в основном изменением концентрации носителей заряда, подвижность же определяет поведение электропроводности в области т-р, где произошло истощение примесей.

Основные параметры полуп-ков.

1). Уд. электропроводность . Теория электропроводности полуп-ков показывает, что для монокристаллов типа германия и кремния , где W – энергия активации, k – постоянная Больцмана.

2). Уд. сопротивление. Т.к. , то .

3). Температурный коэффициент линейного сопротивления ТК у полуп-ков непостоянен: с увеличением т-ры уменьшается и находится в прямой зависимости от энергии активации.