Особенности строения полупроводника

Полупроводниковые приборы - это приборы, действие которых основано на использовании свойств веществ, занимающих по электропроводности положение между проводниками и диэлектриками. Предельное сопротивление: 10-6-108 Ом/м.

Их электрические свойства зависят от внешних условий - температура, освещенность. Особенность - повышение электропроводности при увеличении температуры, введении примесей. Например 10-5% мышьяка в германий снижают его сопротивление в 200 раз.

Основные элементы: германий, кремний, мышьяк, галлий.

Они имеют монокристаллическую структуру и кристаллическую решетку алмазного типа. Каждые атом окружен 4 атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра. Атомы удерживаются в узлах решетки за счет валентных электронов. Связь между двумя соседними атомами осуществляется двумя валентными электронами - по одному от каждого атома, они образуют ковалентную связь. Т. о. каждый атом образует 4 ковалентные связи, и внешняя орбита полностью заполнена - имеет 8 электронов.

При близкой к абсолютному нулю температуре полупроводники ведут себя как диэлектрики. При температуре больше 0, часть электронов под действием теплового поля разрывает ковалентные связи и переходит из валентной зоны в зону проводимости. При этом в валентной зоне возникают незаконченные энергетические уровни, а в зоне проводимости свободные электроны. Среднее время, которое электрон находится в возбужденном состоянии (в зоне проводимости), называют временем жизни электрона. Одновременно с появление электрона в зоне проводимости, в валентной зоне возникает незаконченная связь - дырка. Она ведет себя в электрическом поле как положительный заряд, по абсолютной величине равный заряду электрона, и по массе приблизительно равен массе электрона.

В полупроводниках без примесей происходит генерация пары носителей электрон-дырка. При наличии свободных электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне, кристалл приобретает способность проводить электрический ток. Проводимость кристалла определяется количеством электронов в зоне проводимости и количеством свободных энергетических уровней в валентной зоне. Дырка в валентной зоне может быть занята электроном, который перейдет с нейтрального атома. Там где был этот электрон появится дырка и т. д. Процесс последовательного заполнения свободной связи эквивалентен движению дырки в кристалле полупроводника. Во внешнем электрическом поле дырки дрейфуют в направлении поля, а электроны в обратном направлении. Концентрация увеличивается с ростом температуры.

В полупроводнике действуют одновременно два процесса - термогенерация носителей заряда и рекомбинация эл. дырок за счет возвращения электронов из зоны проводимости. Число возникающих эл. зарядов = числу рекомбинирующих носителей. Электропроводность определяется движением электроном под действием электрического поля.

Электропроводность проводника обусловленная генерацией его носителей заряда называется собственной проводимостью.

В электрическом поле движение электронов упорядочено. Полупроводники делятся на 2 типа: n-типа и p-типа. Введение примесей существенно меняет проводимость полупроводника. Процесс введения примесей называется легирование, а полученный полупроводник - примесный. Примесный полупроводник обладает электронами и дырками с существенным преобладанием одного типа носителей. Электропроводность полупроводника обусловлена ионизацией атомов донорными или акцепторными примесями. Примеси вводятся в строго контролируемых количеством, обычно 10-4%. Полупроводники, у которых основной носитель электрон, имеют n-проводимость, примесь - донорная. При введении 3-х валентной примеси основной носитель - дырка, примесь - акцепторная.

Основные носители - те носители, концентрация которых преобладает. А подвижные носители, составляющие меньшинство - неосновные.

Носители могут протекать диффузионно и дрейфово.

Диффузионный ток - обусловлен электрическим полем. Если к полупроводнику приложить внешнее поле, то дырки будут двигаться в направлении поля, а электрон