Ca materiale semiconductoare, germaniul (Ge) și siliciul (Si) au fost utilizate pe scară largă. Este obișnuit să se facă referire la materialele semiconductoare cu cristale singulare pure (impurități nu mai mari de 10-12%), elementele din grupa a patra a sistemului periodic, care au 4 electroni de valență pe cochilia electrică exterioară. Într-un solid, acești electroni intră în legături covalente cu electronii atomilor învecinați. Formarea unei astfel de conexiuni poate fi arătată condiționat (figura 1.4). Atomul central, așa cum este, completează cochilia exterioară la 8 și se formează un nivel de valență complet umplut. Atunci când rețeaua cristalină a unui semiconductor pur este reprezentată convențional, fiecare legătură covalentă reprezintă două linii paralele, fiecare linie corespund unui electron de cuplare (Figura 1.5).
Electronii de cochilii energetici interni nu participă la mecanismul de conductivitate electrică, deci nu pot fi luați în considerare.
La zero absolută, toate nivelurile de energie din banda de valență sunt ocupate de electroni, banda de conducție este goală, adică fiecare electron dintr-un cristal este legat de atomii corespunzători din zonele de zăbrele și nu poate participa la transferul de sarcină. Prin urmare, un semiconductor intrinsec se comportă ca un izolator la zero absolută.
Atunci când raportează un material semiconductor a unor cantități suplimentare de energie (din cauza căldurii, radiații sau alți factori), electronii care au primit energie suplimentară transferată la nivelele de energie ale benzii de conducție, de rupere o legătură covalentă, și se pot deplasa în interiorul semiconductor de un câmp electric. Astfel de electroni sunt numiți de obicei liberi. În locul legăturilor rupte, se produc taxe pozitive necompensate (nivele de energie libere în banda de valență), egale în mărime cu sarcina electronilor. astfel se produce ionizarea a doi atomi vecini. Încărcările pozitive sunt numite găuri. Procesul de formare a unei perechi de electron-gauri se numește procesul de generare a perechilor. În diagrama de bandă, acest proces corespunde aspectului electronilor din banda de conducție și apariției simultane a nivelurilor libere (găuri) din banda de valență. Durata de viață a unei perechi de electroni-gaură este numită durată de viață.
Nivelul energetic gol rezultat poate fi ocupat de electronii de valență ai atomilor învecinați fără a le spune o cantitate suplimentară de energie. Gaura în absența unui câmp electric extern se mișcă haotic în materialul semiconductorului, umplând constant electroni cu atomi învecinați. Când se aplică un câmp electric extern, gaura efectuează o mișcare direcționată, în timp ce se comportă ca o particulă având o sarcină pozitivă egală cu mărimea încărcării electronului. Când un electron liber și o gaură au lovit un singur microvolum, electronul, renunțând la excesul de energie, poate ocupa un nivel de energie gol. În acest caz, perechea de electroni-gaură dispare. Acest proces se numește recombinarea unei perechi de electroni-găuri.
La o temperatură constantă, procesele de recombinare și generare sunt într-un echilibru dinamic, adică numărul de perechi emergente este egal cu numărul de perechi distrugătoare. Creșterea temperaturii intensifică procesele de recombinare și generare. Echilibrul dinamic este stabilit de valoarea corespunzătoare mai mare a concentrației transportatorilor liberi.
Articole similare
-
Conductivitatea este un semiconductor pur - o enciclopedie mare de petrol și gaze, articol, pagina 1
Trimiteți-le prietenilor: