ПОЛУПРОВОДНИКИ Собственная и примесная проводимость ПОЛУПРОВОДНИКИ, широкий класс в-в, характеризующийся значениями уд. электропроводности s, промежуточными между уд. электропроводностью металлов s~106—104 Ом-1 см-1 и хороших диэлектриков s~10-10—10-12 Ом-1см-1 (электропроводность указана при комнатной темп-ре). Характерной особенностью П., отличающей их от металлов, явл. возрастание электропроводности с ростом темп-ры, причём, как правило, в широком интервале темп-р возрастание это происходит экспоненционально: Различают собственные и примесные полупроводники. К числу собственных полупроводников относятся технически чистые полупроводники. Электрические свойства примесных полупроводников определяются имеющимися в них искуственно вводимыми примесями. Проводимость полупроводников имеет две составляющие: электронную и дырочную. Выясним физический смысл понятия «дырка». При наличие вакантных уровней в валентной зоне поведение электронов валентной зоны может быть представлено как движение положительно заряженных квазичастиц, получивших название «дырок». СОБСТВЕННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ Собственная проводимость возникает в результате перехода электронов с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости. В зоне проводимости появляется некоторое количество электронов, в валентной зоне появляется такое же количество дырок. Распределение электронов по уровням валентной зоны и зоны проводимости описывается функцией Ферми-Дирака. Расчет дает, что у собственных полупроводников отсчитанное от потолка валентной зоны значение уровня Ферми равно E m 1 3 EF E kT ln д 2 4 mэ EF EF E ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ Примесная проводимость возникает, если некоторые атомы данного полупроводника заменить в узлах кристаллической решетки атомами, валентность которых отличается на единицу от валентности основных атомов. Типичными полупроводниками являются элементы IV группы периодической системы Менделеева – германий и кремний. Если заменить один из атомов Ge на пятивалентный атом As, то пятый электрон как бы лишний и легко отщепляется от атома. В этом случае атомы примеси являются поставщиками электронов проводимости и называются донорами.Полупроводник обладает электронной проводимостью и называется полупроводником n-типа. Донорные примеси располагаются вблизи дна зоны проводимости. Положение уровня Ферми для примесного полупроводника зависит от температуры E Донорные уровни EF ni E В полупроводнике с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомов, преобладают дырки. Проводимость в этом случае называется дырочной, полупроводник p-типа, а примеси – акцепторными. Акцепторные уровни располагаются у потолка валентной зоны Положение уровня Ферми также зависит от температуры. При повышении температуры уровень Ферми смещается к середине запрещенной зоны Контакт электронного и дырочного полупроводников Контакт полупроводников разного типа называют р-n-переходом. N Акцепторы Доноры p n p n переход Основные носители в р-области – это дырки, неосновные – электроны, в n-области – основными носителями являются электроны, неосновными – дырки.. E0 p n E E0 p E n Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода Термоэлектронные явления. Явление Зеебека. Явление Зеебека- возникновение термоЭДС в замкнутой цепи, составленной из двух разнородных металлов или полупроводников, при поддержании спаев при разной температуре. T1 T2 ТермоЭДС обусловлена тремя причинами: 1. Зависимостью энергии Ферми от температуры. 2. Диффузией электронов (или дырок). 3. Увлечением электронов фононами. Контактная разность потенциалов Металл Металл11 e1 F1 eUМеталл 12 2 Металл 1 eUМеталл 2 12 e 2 F2 e1 F1 e 2 F2 Внешняя контактная разность потенциалов eU12 e2 e1 Внутренняя контактная разность потенциалов e F1 e F 2 eU12 ТермоЭДС термо AB (T2 T1) T1 T2 T1 T2
