Электропроводность

Электропроводность – характеризует свойства материалов проводить электрический ток. Количественно она характеризуется удельной проводимостью, а также концентрацией свободных носителей заряда. Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов. От зависимости способности материалов проводить электрический ток они делятся на три вида:

Изоляторы - вещества, которые не проводят электрический ток. Проводники – вещества, хорошо проводящие электрический ток.

Полупроводники – вещества, нечто среднее между проводниками и изоляторами. Все полупроводники подразделяются на:

В электронике применяются различные виды полупроводников:

• трехвалентные: B, In, Al;

• четырехвалентные: Ge, Si;

• пятивалентные: Sb, As, P.

Чистые полупроводники (i-типа)

Структура полупроводника напоминает кристаллическую решётку алмаза. Полупроводник имеет жёсткую структуру за счёт ковалентных связей между атомами. Рассмотрим плоскую модель 4х валентного полупроводника.

В чистом полупроводнике, при температуре абсолютного нуля, все электроны уходят на образование ковалентной связи, свободных электронов нет, следовательно, он изолятор. При повышении температуры электроны приобретают дополнительную энергию. И некоторые из них покидают свои ковалентные связи, в результате чего в полупроводнике образуется “вакансия” электронов, которую называют дыркой. Дырка имеет положительный, а электрон отрицательный заряд (рис 1). Итак, при повышении температуры, в п олупроводнике появляются свободные носители зарядов, причём концентрация электронов в чистом полупроводнике равна концентрации дырок: n_i=p_i.Процесс образования свободного электрона и дырки называется генерацией электронно-дырочной пары.

n_i²=n_ip_i=AT³exp(-∆E/kT), где:

k – постоянная Больцмана;

∆Е – ширина запрещенной зоны, она зависит от энергии ионизации;

0,8 эВ, Ge;

∆Е= 1,2 эВ, Si;

1,4 эВ, AsGa.

При движении электронов по объёму кристаллической решётки некоторые из них могут занимать место дырки. При этом электрон и дырка уничтожаются – это регенерация электронно-дырочной пары.

Чистые полупроводники почти не используются, так как их проводимость сильно зависит от температуры. Их удобно использовать при создании термодатчиков. Для создания полупроводниковых приборов используются примесные полупроводники: n-типа и p-типа.

Примесные полупроводники

В примесных полупроводниках часть атомов кристаллической решетки замещается на атомы примесей, то есть на атомы другого вида.

Полупроводники n-типа

П олупроводник n-типа получают путём введения в 4х валентный полупроводник атомов пятивалентной донорной примеси. Донорной называется примесь, отдающая электроны. При этом в полупроводнике образуется избыточная концентрация электронов.

В результате введения такой примеси полупроводник имеет вид:

1. Электроны – основные носители n_n>N_d>p_i=n_i

N_d – концентрация атомов донорной примеси.

n_n - концентрация носителей n-типа.

2. Дырки – неосновные носители.

Концентрация основных носителей почти не зависит от температуры. Так как концентрация основных носителей много больше, то свойства полупроводника определяются n_n.

Полупроводники p-типа

П олупроводник p-типа получают путём введения в 4х валентный полупроводник 3х валентной акцепторной примеси. У соседнего атома отбирается электрон и образуется дырка. Основные носители – дырки.

P_p=N_a>n_i=p_i .

Примесные полупроводники используются, потому что их электропроводность определяется атомами примеси и почти не зависит от температуры.