2.1. Tipuri de conductivitate electrică a semiconductorilor. Principiul dispozitivelor semiconductoare este legat de faptul că semiconductorii au conductivitate electrică de două tipuri - electronică și gaură.
Conductivitatea electronică se datorează mișcării electronilor liberi într-o direcție. La temperaturi normale de funcționare pură, semiconductori nedopat au întotdeauna electroni foarte slab asociate cu nuclee de atomi devin libere și face, mișcarea dezordonat, haotic termic între atomii zăbrele. Acești electroni sub acțiunea unui câmp electric pot începe să se miște într-o anumită direcție. Această mișcare direcțională este un curent electric.
Conductivitatea electrică a găurii este o caracteristică a semiconductorilor și nu este observată în metale. și anume în materialele conductorilor (conductori).
Într-un atom al unui semiconductor, sub influența unor influențe termice sau a altor influențe externe, unul din electronii de valență poate părăsi atomul și poate deveni liber (fig.3). Apoi, atomul dobândește o sarcină pozitivă, dar în mărime egală cu sarcina negativă a electronului. Un astfel de atom este numit ion pozitiv. ci procesul de transformare a unui atom într-un ion prin ionizare.
În semiconductori, rețeaua cristalină este puternică. Ionii săi nu se mișcă. dar rămân în locurile lor la nodurile rețelei de cristal, adică sunt taxe fixe.
Absența unui electron în orbita unui atom al unui semiconductor a fost denumită în mod condiționat o gaură. Acest lucru subliniază faptul că un atom nu are un electron, adică un spațiu liber - o gaură. Găurile [3] se comportă ca încărcături elementare pozitive.
Apariția unei găuri poate fi explicată folosind un model planar al unui semiconductor (figura 3). Unul dintre electronii care participă la legătura covalentă, obținând o energie suplimentară W> W, devine electronul de conducere. adică un operator de transport gratuit. Se poate deplasa între atomii laturii cristaline și când un număr mare de astfel de electroni liberi se mișcă într-o direcție, ei creează un curent electric. Locul său anterior este acum liber. Acesta este gaura prezentată în figura 3 printr-un cerc luminos.
Cu conductivitatea electrică a găurii, sub influența diferenței de potențial aplicată, se deplasează găuri, ceea ce echivalează cu deplasarea încărcăturilor pozitive. Un astfel de proces este arătat în figura 4, în care mai mulți atomi localizați de-a lungul semiconductorului sunt reprezentați pentru diferite momente de timp.
Să presupunem că în momentul inițial al timpului (fig.4a), a apărut o gaură în atomul extrem din stânga (numărul 1), deoarece un electron a părăsit acest atom. a devenit liber.
Un atom cu o gaura (este umbrit) are o sarcina pozitiva si poate atrage un electron de la un atom de atomi adiacent 2.
Dacă un câmp electric (diferența de potențial) acționează în semiconductor, atunci acest câmp are tendința de a muta electronii în direcția de la potențialul negativ la potențialul pozitiv. De aceea, în clipa următoare (figura 4, b) de la 2 atom electron intră atom 1 și umple gaura, și o nouă gaură este formată în atomul 2. Apoi, un electron de la un atom la atom 3 trece 2 și umple o gaură în ea. Atunci va apărea o gaură în atom. 4 (fig.4, c), etc.
Un astfel de proces va continua și gaura se va deplasa de la atomul stâng extreme 1 spre extrema dreaptă la numărul 6. Cu alte cuvinte, sarcina pozitivă care apare inițial în atomul 1 va merge la atomul 6 (figura 4, e).
După cum se poate observa, în cazul conductivității electrice a găurilor, în realitate, și electronii se mișcă. dar mai limitat, adică distanța parcursă este mai mică decât în cazul conductivității electronice, atunci când electronul se poate deplasa în rețeaua de cristal. Fig. 5
Cu conductivitatea electrică a găurii, electronii trec de la acești atomi numai la cei vecini. Rezultatul este deplasarea sarcinilor pozitive - găuri în direcția opusă mișcării electronilor.
Conductivitatea electrică a semiconductorilor poate fi, de asemenea, explicată prin diagrama energetică a acestora (figura 5).
Absolut zero la temperatura, i. E. T = 0K = - 273ºS, semiconductoare care nu conține impurități este un izolator, nu există nici un electro-conductivitate și noi găuri. Dar, odată cu creșterea temperaturii crește conductivitatea T> 0K semiconductor, deoarece electronii de bandă de valență obținută prin încălzirea unei energii suplimentare [4] W = kT și depășește astfel, o parte din cantitatea și bandgap tranzițiile din banda de valență la banda de conducție. Această tranziție este prezentată în figura 6 printr-o săgeată solidă.
Lățimea benzii W pentru semiconductori este relativ mic (pentru germaniu # 8710; W = 0,72 eV și pentru siliciu # 8710; W = 1,12 eV).
Astfel apar electroni de conducere și apare conductivitatea electronică. Fiecare electron care a trecut în banda de conducție lasă un loc liber în banda de valență - o gaură, adică găuri de conducere apar în banda de valență. a cărui număr este egal cu numărul de electroni care au trecut în banda de conducere. În consecință, împreună cu electronul, conductivitatea electrică a găurii este, de asemenea, creată.
2.2. Generarea și recombinarea purtătorilor de sarcină. Electronii și găurile care se pot mișca și, prin urmare, pot crea conductivitate electrică sunt numite purtători de încărcături mobile sau pur și simplu încărcătoare de transport.
Noi spunem că sub acțiunea căldurii este generată de perechi de transport, adică perechi apar: conducta de electroni - conductivitate gaura sau p - electron-gol liber ... De asemenea, generarea de perechi purtătoare poate să apară sub acțiunea: luminii, radiațiilor ionizante, câmpului electric, câmpului magnetic, solicitărilor mecanice și altor influențe externe.
Deoarece electronii de conducție și găurile face o mișcare dezordonat, haotic din cauza căldurii, și are loc în mod necesar procesul invers pentru a genera perechi de purtător: electroni de conducție ocupa din nou posturile vacante în banda de valență, adică, combinate cu găuri ... O astfel de dispariție a perechilor de purtători se numește recombinarea transportatorilor de sarcină. Acest proces corespunde tranziției unui electron de la banda de conducție la banda de valență indicată de săgeata punctată din Fig.
Procesele de generare și recombinare a perechilor purtătoare apar întotdeauna simultan. Recombinarea limitează creșterea numărului de perechi purtătoare și la o anumită temperatură se stabilește un anumit număr de electroni de conducere și găuri. adică se află într-o stare de echilibru dinamic (numărul de electroni este egal cu numărul de găuri). Aceasta înseamnă că se generează din ce în ce mai multe perechi de purtători, iar perechile generate anterior se recombină, i. E. dispar, transformând ionii în atomi neutri.
2.3. Conductivitatea intrinsecă a unui semiconductor. Un semiconductor pur, fără impurități, se numește semiconductor intrinsec sau semiconductor de tip i. Scrisoarea i este de la cuvântul englez intrinsec.
Are conductivitatea electrică proprie. care, așa cum sa arătat, constă în găuri electronice și electronice de găurire electronice și găuri, iar electronii participă la crearea curentului.
Atunci când studiază principiul funcționării dispozitivelor semiconductoare, semiconductorii lor proprii, adică pure fără aditivi, sunt reprezentate sub forma unui dreptunghi care indică tipul de conductivitate - litera i (figura 6).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: