Conductivitatea semiconductorilor este localizată între conductori și dielectrici. Acest lucru se datorează distribuției nivelurilor de energie. Pentru a înțelege exact cum apare conductivitatea semiconductorilor, să luăm în considerare diagrama energetică a unui atom izolat.
Din mecanica cuantică se știe că electronii unui atom nu pot avea decât valori discrete (definite) de energie și, prin urmare, se află doar la anumite nivele de energie.
În absența influențelor externe, nivelul energetic scăzut este umplut. În acest caz, electronii care se află pe ele au mai puțină energie decât cele care se află la nivelurile superioare. Dar dacă într-un fel să informăm electronii despre energie, de exemplu prin acțiunea termică, atunci electronii care au primit energie nu pot rămâne la nivelurile inferioare și vor trece la cele superioare. În acest caz, atomul va intra într-o stare excitată. Dacă cantitatea de energie este suficient de mare, atunci electronii pot părăsi complet atomul, ionizându-l astfel.
Dar, în materie, un atom nu poate fi unul. Este în strânsă legătură cu alți atomi. Într-un grup de astfel de atomi (să zicem, un grup de 4 atomi), există interacțiune una cu cealaltă, datorită căreia nivelurile de energie sunt deplasate și se formează subsoluri. Aceste subsoluri formează așa-numitele zone permise, iar numărul acestor subsoluri într-o zonă este egal cu numărul de atomi din grup. În metalele care au o latură de cristal, numărul de atomi dintr-un grup este mare, deci banda rezolvată este de asemenea mare.
Cantitatea de energie dintre zonele permise este denumită banda interzisă. În plus, această zonă interzisă nu poate fi prezentă în conductori, doar datorită zonei mari permise. Prin urmare, diagrama energetică a conductorilor este continuă. Se poate concluziona că cu cât numărul de atomi din grup este mai mare, cu atât este mai mare banda permisă și cu atât mai mare este numărul de electroni care se pot deplasa liber prin cristal și pot crea un curent electric. Faptul că banda interzisă există, împarte toate materialele de tipul conductivității în trei tipuri - conductori, semiconductori și dielectrice.
Diagrama energiei indică zonele superioare permise, între care se află zona interzisă. Iar zona inferioară este numită banda de valență, iar zona superioară este conducta.
Deoarece în metale banda interzisă este practic absentă, este suficient să se raporteze o cantitate mică de energie la electronii benzii de valență, astfel încât să treacă în banda de conducție. Situația este diferită în semiconductori. Banda lor interzisă se află în intervalul de la 0,1 la 3 eV, prin urmare conductibilitatea lor este mai rea decât cea a conductorilor. În cazul dielectricilor, lățimea benzii interzise se situează în intervalul de la 4 la 10 eV și conductivitatea lor este extrem de mică.
Luați în considerare ce se întâmplă în interiorul cristalelor de siliciu. Ne amintim că un atom de siliciu are 4 electroni de valență, datorită cărora formează o legătură covalentă cu cei patru atomi apropiați.
Pe măsură ce crește temperatura, electronul primește o cantitate de energie suficientă pentru a "sări" de la banda de valență la banda de conducție și se separă de atom. El începe să se miște prin cristal și să participe la interacțiunea cu alți atomi. În locul de unde a părăsit electronul, a existat o sarcină necompensată pozitivă - o gaură. Un alt electron ajunge la gaură, astfel încât legătura covalentă este restabilită într-un singur loc, dar este ruptă în cealaltă. Astfel, gaura se mișcă de-a lungul cristalului și se mișcă în direcția opusă mișcării electronilor. Mișcarea electronilor și a găurilor din interiorul unui semiconductor pur se numește conductivitate intrinsecă.
Procesul de formare a purtătorilor noi se numește termogeneză. Dar se poate întâmpla ca un electron liber să ia locul unei găuri, deci va exista o recombinare. Sub echilibrul dinamic, numărul transportatorilor emergenți este egal cu numărul de transportatori recombinanți.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: