Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
4°. С повышением температуры возрастает число разрывов ковалентных связей и увеличивается количество свободных электронов в кристаллах чистых полупроводников. Это означает, что удельная электропроводность чистых полупроводников увеличивается с повышением температуры. Соответственно удельное сопротивление чистых полупро-
*) От латинского «negativus»-—отрицательный.
Г
Рис. Ш.3.11
Рис. III.3.12
2°. Кристаллы германия и других полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку (11.7.1.2°). Плоская схема структуры кристалла германия изображена на рис. III.3.11. Четыре валентных электрона каждого атома Ge связаны с такими же электронами соседних атомов химическими парноэлектронными связями (ковалентная связь) (VI.3.3.Г). В чистом кристалле германия и в кристаллах других полупроводниковых элементов при низких температурах свободных электронов нет, и такие кристаллы в этих условиях являются хорошими диэлектриками.
3.11. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЧИСТЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 245
*) От латинского «positivus» — положительный.
водников уменьшается при нагревании (рис. III.3.12). Этим полупроводники существенно отличаются от металлов, у которых удельное сопротивление увеличивается при нагревании (111.2.5.2°).
Кроме нагревания, разрыв ковалентной связи и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением (фотопроводимость полупроводников), а также действием сильных электрических полей.
5°. Когда кристаллический чистый полупроводник получает энергию, необходимую для разрыва ковалентных связей, и электрон уходит со своего места, электрическая нейтральность кристалла в этом месте нарушается. В том месте, откуда ушел электрон, возникнет избыточный положительный заряд — образуется положительная дырка. Она ведет себя как заряд, равный по абсолютному значению заряду электрона, но положительный по знаку. На освободившееся от электрона место — дырку — может переместиться соседний электрон, а это равносильно тому, что переместилась положительная дырка: она появится в новом месте, откуда ушел электрон.
Характер движения дырки в кристалле можно уяснить из следующей аналогии. Пусть из шеренги пионеров вышел один пионер и образовалась «вакансия». Если все стоящие справа пионеры будут последовательно перемещаться на освободившееся место, то все будет происходить так, как будто свободное место передвигается в сторону, противоположную перемещению пионеров.
6\ Во внешнем электрическом поле электроны перемещаются в сторону, противоположную направлению напряженности электрического поля. Положительные дырки перемещаются в направлении напряженности электрического поля, т. е. в ту сторону, куда двигался бы положительный заряд под действием электрического поля. Процесс перемещения электронов и дырок во внешнем поле происходит но всему кристаллу полупроводника. Электропроводность чистого полупроводника, обусловленная упорядоченным перемещением дырок, называется собственной дырочной проводимостью (проводимостью р-типа *)).
Температурная зависимость удельного сопротивления при дырочной проводимости аналогична той, которая
246 ОТДЕЛ III. ГЛ. 3. ТОК В НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ
характерна для электронной проводимости (п. 4°). Общая удельная электропроводность полупроводника (III.2.4.Г) складывается из проводимостей п- и р-типов.
3.12. Примесная электропроводность полупроводников
Г. Примесной проводимостью полупроводников называется их электропроводность, обусловленная внесением в их кристаллические решетки примесей {примесных центров). Примесными центрами являются: а) атомы или ионы посторонних химических элементов, внедренные в решетку полупроводника; б) избыточные атомы или ионы элементов
полупроводников, внедренные в междоузлия решетки; в) различного рода другие дефекты и искажения в кристаллической решетке: пустые узлы, трещины, сдвиги, возникающие при деформациях кристаллов, и т. д.
2°. Примеси вносят изменения в электропроводность полупроводников. При изменении концентрации примесей изменяется число носителей электрического тока — электронов и дырок. Возможность управления числом носителей тока (нагреванием или действием других факторов, например освещением) лежит в основе широкого применения полупроводников в науке и технике. В металлах такая возможность отсутствует (111.2.1.7°).
3°. Примеси могут служить дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводников. Пусть, например, в решетке полупроводника один атом германия, имеющий четыре валентных электрона, заменен атомом примеси, который имеет пять валентных электронов (фосфор, мышьяк, сурьма). Четыре электрона примесного атома участвуют в образовании ковалентных связей (VI.3.3.Г) с электронами соседних атомов германия, а пятый электрон не может участвовать в образовании ковалентной связи. Он является «лишним», слабее связан со своим атмом и легко может его покинуть и стать свободным электроном (рис. III.3.13). Под действием электрического поля такие электроны приходят в упорядоченное движение в кристалле
Рис. 111.3.13
3.12. ПРИМЕСНАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 247
