Собственная проводимость полупроводников. дырка проводимости
Существуют полупроводники с электронной и ионной проводимостями. У полупроводников с электронной проводимостью различают собственную и примесную проводимости.
Между атомами некоторых веществ существует так называемая ковалентная связь, то есть один (или несколько) валентный электрон является общим для нескольких соседних атомов.
Рассмотрим проводимость силиция. На внешней оболочке каждого атома силиция есть 4 валентных электрона (силиций находится в 4-й группе Периодической системы элементов Д. И. Менделеева).
Для заполнения внешней оболочки каждого атома не хватает четырех электронов (заполненная внешняя оболочка имеет 8 электронов). Поэтому при образовании кристаллов силиция каждый атом будто «одалживает» у ближайших четверых соседей по одному валентному электрону для «совместного пользования».
В свою очередь, этот атом предоставляет в пользование соседям свои четыре валентных электрона. Таким образом, внешняя оболочка каждого атома оказывается целиком заполненной, и между атомами образуются ковалентные связи (рис. 8.8).
На рисунке изображена плоская схема структуры кристалла силиция.
При сравнительно низких температурах в описанном выше идеальном кристалле, который состоит лишь из одинаковых атомов и не имеет никаких дефектов кристаллической решетки, совсем отсутствуют свободные носители заряда. Такой кристалл электрический ток не проводит, то есть является диэлектриком.
С повышением температуры некоторые электроны могут приобрести энергию, достаточную для разрыва связей со своими атомами. Такие электроны становятся свободными, а их места остаются незаполненными, образуются так называемые дырки.
Под названием «дырка проводимости» понимают место в атоме, незаполненное валентным электроном.
Количества свободных электронов и дырок в таком полупроводнике всегда равны между собой.
Если к такому кристаллу приложить напряжение, то свободные электроны будут двигаться в определенном направлении (n-проводимость), то есть будут создавать электрический ток. А что будет с дырками?
При отсутствии внешнего электрического поля дырки, как и свободные электроны, хаотически движутся в кристалле, так как на место дырки возле атома может перейти один из валентных электронов соседнего атома. Итак, образуется дырка уже возле соседнего атома.
Если полупроводник поместить во внешнее электрическое поле, то на хаотическое движение дырок накладывается их движение вдоль линий напряженности (силовых линий) поля (p-проводимость). Создается впечатление, что в полупроводнике будто двигаются положительно заряженные частицы, хотя на самом деле движение дырок предопределяется скачкообразным перемещением связанных валентных электронов от одного свободного места к другому.
В чистом (без примесей) полупроводнике проводимость создается как свободными электронами, так и электронами, образующими связи между атомами в кристалле.
Такая проводимость получила название собственной проводимости полупроводников.
Собственная и примесная проводимость полупроводников
Также можно почитать…
-
Примесная проводимость полупроводников. проводники p-типа и n-типа
-
Полупроводники в нашей жизни (применение полупроводников, кратко)
-
Главное по теме «электрические свойства полупроводников. полупроводниковые приборы»
-
«Бабочка хофштадтера» помогла отключить проводимость графена
-
Исследование зависимости сопротивления полупроводников от температуры (лабораторная работа)
