0,1-4 eV De> 4 eV
Fig. 22. Localizarea benzilor de energie în cristale
Într-un conductor, electronii din banda de valență pot fi comutați cu ușurință la nivelurile de energie libere ale benzii de conducție, cu o excitație redusă, ceea ce asigură o conductivitate electrică ridicată a metalelor.
Pentru izolatori, banda de conducție este separată de banda de valență printr-o barieră energetică mare (DE> 4 eV). Electronii Valence nu pot intra în banda de conducere chiar și atunci când transmit o cantitate semnificativă de energie, deoarece electronii nu se pot mișca liber în jurul întregului volum al cristalului, nu există conductivitate în cristal.
Lățimea decalajului de bandă a semiconductorilor este mică (DE
0,1-4 eV). La temperaturi scăzute, ele prezintă proprietățile izolatoarelor. Cu o temperatură în creștere, energia electronilor de valență crește și devine suficientă pentru a depăși banda interzisă. Există un transfer de sarcini electrice, semiconductorul devine un conductor.
# 9679; Conductivitate proprie (conductivitate)
Conductivitatea electrică intrinsecă (conductivitatea) a semiconductorilor se numește conductivitate electrică, în care participă același număr de electroni și găuri. Ambele tipuri de purtători se formează ca rezultat al tranziției electronilor de la banda de valență la banda de conducție. Acest proces este descris după cum urmează.
La o temperatură apropiată de temperatura zero absolută, toate nivelele din banda de valență a semiconductorului sunt complet umplute, iar în banda de conducție sunt goale. În aceste condiții, cristalul are proprietățile unui dielectric.
Cu o creștere a temperaturii (producerea unui cuantum de energie), electronii dobândesc energie suplimentară, iar câțiva electroni părăsesc banda de valență, trecând în banda de conducție. Procesul de formare a electronilor liberi se numește generarea de electroni.
În banda de valență, în locul ei rămâne vacanța - așa-numita gaură încărcată pozitiv. Când se aplică un câmp electric, electronii care au trecut în banda de conducție și găurile din banda de valență dobândesc viteze suplimentare și participă la formarea unui curent electric în cristal.
Conductivitatea electrică într-un semiconductor este realizată atât de electroni care au trecut în banda de conducție, cât și de găurile din banda de valență,
adică există o conductivitate electronică (tip n) și gaură (tip p).
Pentru fiecare semiconductor, conductivitatea intrinsecă are loc la temperaturi diferite, care sunt cu atât mai mare este banda interzisă (Fig.23). Lățimea decalajului benzii depinde de rezistența legăturii și de caracteristicile structurale ale rețelei de cristal. Semiconductorii cu un decalaj de bandă îngustă includ staniu gri, fosfor negru, telur. Transferul de electroni în banda de conducție în ele este deja observat în detrimentul energiei radiante. Semiconductorii cu o bandă largă interzisă includ bismutul și siliciul. Pentru a conduce conductivitatea în ele, este nevoie de un impuls termic puternic, iar pentru diamant, este necesară o radiație g.
Există 13 modificări cristaline ale substanțelor simple cu proprietăți semiconductoare. Ele se află în principalele subgrupe ale grupurilor III-VII ale SES. Semiconductorii tipici intrinseci includ B, S, Si, Ge, Sn (gri). P, As, Sb, S, Se, etc. În cristalele de substanțe simple ale acestor elemente, caracterul covalent sau aproape de acesta al legăturii chimice
conductivitate electronică propriu poate avea cristale care nu conțin atomi străini și tulburările rețelei cristaline, altfel, s-ar produce generarea de purtători liberi în banda de conducție, fără a fi necesară formarea perechilor electron-gol, adică. E. Speech, este o formă de cristale ideale.
În condiții reale, se întâlnesc cristale cu impurități și defecte de zăbrele. Mai mult, astfel de cristale sunt de interes practic.
# 9679; Conductivitatea electrică a semiconductorilor de impurități
Prezența atomilor de impurități într-un cristal semiconductor conduce la o încălcare a compoziției stoichiometrice, o încălcare a rețelei cristaline și apariția unor nivele cuantice suplimentare în structura benzii cristalului. Aceste nivele, formate dintr-o impuritate donatoare, se numesc cele donatoare. acceptor acceptor de impurități.
Ele sunt de obicei situate în diferența la distanțe de câteva zecimi sau sutimi de un electron volt de la marginea inferioară a benzii de conducție impurităților donatoare (Fig. 24, c) și, respectiv, de la marginea superioară a benzii de valență impurităților acceptoare (Fig. 25c).
Fig. 24. Schema de conductivitate în semiconductorul donator: legături covalente într-un semiconductor de siliciu pur; b - atomul de fosfor al impurităților;
c este structura de bandă a semiconductorului donator
Fig. 25. Schema de conductivitate într-un semiconductor acceptor: legături covalente într-un semiconductor pur de siliciu (atom de bor de impurități); b - structura banda a semiconductorului acceptor
De exemplu: o creștere a conductivității de tip n are loc prin introducerea donatorilor de impurități. Impuritățile în cristale ale căror atomi sunt capabile să dea electroni, îmbunătățind conductivitatea electronică, sunt numiți donatori.
Cristalul Si cu 4 electroni extern unul dintre atomii de pe R. substituiți cu nivelul de energie exterioară, care are cinci electroni de valență, dintre care patru formează legături covalente cu atomii de Si vecine și unul este pe orbitalii electroni liberi la atomul de fosfor (Fig. 24). La transferul Si cristal de energie scăzut (4,4 kJ / mol), acest electron este ușor scindată de la atomul de impuritate P și pătrunde prin banda de valență a benzii către banda de conducție, adică. E. Se servesc drept purtător de curent electric. În general, cristalul Si rămâne neutru din punct de vedere electric.
În ceea ce privește Si, donatorii de impurități sunt elementele p ale celui de-al cincilea grup.
Creșterea conductivității impurității tipului p are loc (Figura 25) prin introducerea acceptorilor de impurități. Impuritățile în cristalele semiconductoarelor, ale căror atomi sunt capabile să amplifice conductivitatea gaurilor în ele, se numesc acceptori.
Cristalul Si cu electronii din exterior 4 urovneodin de atomi este înlocuit cu un B, la nivelul energetic exterior, care este de numai trei electroni. La formarea patru legături covalente la atomii de Si formate prin deficit de electroni de unul în fiecare sit un grilaj care conține atom B. Când transmit astfel de energie de cristal mic, atomul B captează un electron dintr-o legătură covalentă adiacentă, devenind ion încărcat negativ.
O gaură este formată în locul electronului prins. Dacă cristalul este plasat într-un câmp electric, atunci gaura devine purtătorul sarcinii, iar neutralitatea electrică a atomului rămâne.
În ceea ce privește Si, acceptorii de impurități sunt elementele p ale celui de-al treilea grup și de asemenea Zn, Fe, Mn.
Astfel, prin modificarea naturii și concentrației impurităților în semiconductori, este posibil să se obțină un anumit tip de conductivitate electrică și de conductivitate
Defectele în cristalele reale pot să apară nu numai ca rezultat al impurităților atomilor altor elemente, ci și în mișcarea termică a particulelor care formează cristalul. În acest caz, atomii, moleculele sau ionii își părăsesc locurile în locurile din rețeaua de cristal și se duc fie la interstiții, fie la suprafața cristalului, lăsând un spațiu gol în nișă.
Defectele punctuale în cristalele ionice afectează în mod semnificativ conductivitatea lor. Sub acțiunea câmpului electric, ionul cel mai apropiat de locul vacant trece la locul său și, în punctul de locație anterior, se creează un nou post vacant, care, la rândul său, este ocupat de ioni învecinați. Astfel de "sare" de ioni sunt realizate cu o frecvență înaltă, asigurând conductivitatea ionică a cristalului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: