При температуре близкой к абсолютному нулю, полупроводник ведет себя как абсолютный непроводник, потому что в нем нет свободных электронов, но при повышении температуры связь валентных электронов с атомными ядрами ослабевает и некоторые из них в следствии теплового движения могут покидать свои атомы.
Вырвавшись из межатомной связи электрон становится свободным (рис б), а там где он был до этого, образуется пустое место. Это пустое место в межатомной связи полупроводника условно называется дыркой.
Чем выше температура полупроводника тем больше в нем появляются свободные электроны и дырки. Образование в массе полупроводника дырок связано с уходом из оболочки атома валентного электрона, а возникновение дырки соответствует появлению положительного электрического заряда, равного отрицательному заряду электрона.
На самом нижнем рисунке показано явление возникновения тока в полупроводнике. Причиной его возникновения служит напряжение приложенное к полупроводнику. В следствии теплового движения высвобождаются из межатомных связей некоторое кол-во электронов. Электроны освободившиеся вблизи положительного полюса источника напряжения, притягиваются этим полюсом и уходят из массы полупроводника оставляя после себя дырки. Электроны ушедшие из межатомных связей на некотором удалении от положительного полюса, тоже притягиваются им и движутся в его сторону. Но встретив на пути дырки, электроны как бы впригивают на них (нижний рисунок а), при этом происходит заполнение некоторых межатомных связей. Ближе к отрицательному полюсу дырки заполняются другими электронами, вырвавшимся из атомов, расположенных еще ближе к отрицательному полюсу (нижний рисунок б). Пока в полупроводнике действует электрическое поле этот процесс продолжается: нарушаются одни межатомные связи — из них уходят валентные электроны, возникают дырки — и заполняются другими межатомные связи- в дырки впрыгивают электроны освободившиеся из каких-то других межатомных связей (нижний рисунок б-г).
Электроны движутся в направлении от отрицательного полюса источника напряжения к положительному, а дырки наоборот.
При температуре выше абсолютного нуля в полупроводнике непрерывно возникают и исчезают дырки и свободные электроны, даже без воздействия внешних электрических полей. Но электроны и дырки движутся хаотично в разные стороны и не уходят за пределы полупроводника. При комнатной температуре общее число дырок и свободных электронов не велико, поэтому электропроводность такого полупроводника относительно не велика и полупроводник обладает относительно большим сопротивлением. Но если в чистый полупроводник добавить небольшое кол-во примесей в виде атомов других элементов то электропроводность резко повысится, при этом в зависимости от примеси электропроводность будет электронной или дырочной.
Если например в полупроводник добавить атомы сурьмы (атом сурьмы обладает пятью валентными электронами) то свойства полупроводника будет приближено к свойствам металла. Проводники такого типа называют полупроводниками с электропроводностью n типа, в нем носителями тока являются отрицательные заряды, то есть электроны. Если ввести в полупроводник атомы индия, ( атомы индия обладают тремя валентными электронами) то каждый атом металла индия своими тремя электронами заполнит связи только трех соседних атомов полупроводника, а для заполнения связи с четвертым атомом у него не хватит одного электрона. Образуется дырка. И чем больше будет введено атомов индия тем больше будет дырок. Вырвавшиеся электроны в таком полупроводнике движутся от дырке к дырке. В любой момент времени в общей массе полупроводника общее кол-во дырок будет больше общего кол-ва свободных электронов. Это полупроводник р типа.
На практике не существует как совершенно чистых полупроводников, так и полупроводников с абсолютной электропроводностью типа p и n. В полупроводниках p и n обязательно есть примеси других элементов , но в целом эти полупроводники обладают свойствами p или n проводимостью.
Литература МРБ1101
Загрузка...