Власна електропровідність - студопедія
Основні положення електропровідності
Основні напівпровідникові матеріали - чотирьохвалентного кремній (Si) або германій (Ge). Вони мають кристалічну структуру. Кожен атом кристала пов'язаний ковалентними зв'язками з чотирма сусідами. У чистому, беспримесном полупроводнике при Т = 0 0 До все валентні електрони пов'язані і в зоні провідності вільних електронів, здатних переносити струм, немає. При підвищенні температури частина електронів, що мають енергію, достатню для подолання забороненої зони, яка відокремлює валентну зону від зони провідності, відривається від свого атома і стає вільними, а напівпровідник - електропровідним.
Незаповнений, вакантний, енергетичний рівень, який залишається в валентної зоні після відходу електрона, називається діркою. Діркою також називається розірвана ковалентний зв'язок в кристалічній решітці. На вакантне місце можуть переходити вільні електрони від сусідніх атомів, створюючи дірки в іншому місці. Переміщення дірок по кристалу можна розглядати як рух позитивно заряджених фіктивних частинок.
Електропровідність бездомішкового напівпровідника, обумовлена парними носіями зарядів (електронами і дірками), називається власною.
Процес утворення пар електронів і дірок - генерація. супроводжується процесом відновлення розірваних зв'язків - рекомбінацією. коли електрон "захоплюється" діркою, при цьому пара носіїв зникає.
Проміжок часу від моменту генерації носія заряду до її рекомбінації називається часом жізніtn і tp. а відстань, пройдену за час життя - дифузійної длінойLn і Lp. Вони пов'язані співвідношеннями Ln = Lp =, де Dn. Dp - коефіцієнти дифузії електронів і дірок.
Концентрація носіїв заряду у власному напівпровіднику залежить від температури кристала і ширини забороненої зони DW:
Nc »10. 20 см -3 - ефективна щільність станів в зоні провідності.
kT - кінетична енергія частинки.
У германію DW = 0.72 еВ, у кремнію DW = 1.12 еВ. При кімнатній температурі Т = 293 0 К концентрація електронів провідності (і дірок) в германии ni = 2.5 * 10 13 (см -3), в кремнії ni = 1.4 * 10 10 (см --3). Для порівняння, щільність речовини »10. 22 (см -3). Як видно, концентрація носіїв заряду у власному напівпровіднику мала, хоча з підвищенням температури вона буде рости.
Крім теплової генерації, виникнення нових електронно-доручених пар може відбуватися під дією енергії електричного поля, за рахунок кінетичної енергії рухомих частинок (ударна генерація), за рахунок енергії світлового потоку - фотонів (світлова генерація).