Власна провідність напівпровідників

Під дією зовнішніх факторів деякі валентні електрони атомів кристалічної решітки отримують енергію, достатню для вивільнення від ковалентних зв'язків.

При звільненні електрону із ковалентного зв'язку в останньому виникає ніби вільне місце, яке має елементарний позитивний заряд. Таке звільнене в електронному зв'язку місце умовно назвали діркою (рис. 2.1), а процес утворення пари електрон-дірка отримав назву -генерація зарядів.

Дірка має позитивний заряд, тому вона може приєднати до себе електрон сусіднього заповненого ковалентного зв'язку. В результаті цього відновлюється один зв'язок (цей процес - рекомбінація) і порушується сусідній.

Концентрація дірок в ідеальній кристалічній решітці хімічно-чистого напівпровідника завжди дорівнює концентрації вільних електронів (n_i = р_і).

Електрична провідність чистого напівпровідника визначається кількістю власних носіїв n_і і р_і. Швидкість генерації носіїв (як і швидкість рекомбінації) визначається властивостями напівпровідника і його температурою. Швидкість рекомбінації, крім того, пропорційна концентрації електронів і дірок, так як чим більша кількість носіїв, тим вірогідніше, що їх зустріч завершиться рекомбінацією.

Рис. 2.1. Плоска схема структури

атомної решітки кристалу кремнію

При відсутності зовнішнього електричного поля електрони і дірки пересуваються в кристалі хаотично внаслідок теплового руху. В цьому випадку струм в напівпровіднику не виникає. Якщо ж на кристал діє електричне поле, рух дірок і електронів стає впорядкованим і в кристалі виникає електричний струм. Щоб зрозуміти, як переміщуються дірки, розглянемо рис. 2.2., на якому зображено декілька одних і тих же атомів, розміщених вздовж напівпровідника, в різні моменти часу.

Таким чином, провідність напівпровідника зумовлена переміщенням як вільних електронів, так і дірок. В першому випадку носії зарядів негативні, в другому - позитивні.

Рис. 2.2. Принцип діркової провідності

Відповідно розрізняють два види провідності напівпровідників - електронна або провідність типу п і діркова або провідність типу р.

В хімічно-чистому кристалі напівпровідника кількість дірок завжди дорівнює кількості вільних електронів і електричний струм в ньому утворюється в результаті одночасного переносу зарядів обох знаків.

Така електронно-діркова провідність називається власною провідністю напівпровідників. При цьому загальний струм в напівпровіднику дорівнює сумі електронного і діркового струмів.

Висновок:

1. Питома провідність напівпровідника залежить від концентрації електронів і дірок та від їх рухливості.

2. Питома електропровідність залежить від типу речовини та її температури.