Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Электропроводность полупроводника, обусловленная перемещением дырок, называется дырочной проводимостью, или проводимостью р-типа.
4°. Собственная проводимость полупроводника обусловлена двумя типами носителей тока: электронами в зоне проводимости и дырками в валентной зоне. Каждому электрону, перешедшему в зону проводимости, соответствует одна дырка в валентной зоне. Концентрации электронов пе и дырок nh одинаковы и быстро возрастают с повышением температуры T по закону
где AW0 — энергия активации собственной проводимости (п. 2°), k — постоянная Больцмана (11.1.4.5°). Этим объясняет-
§ VII.2.10. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 617
ся характер изменения удельной электропроводности и удельного сопротивления полупроводников от температуры, резко отличающийся от зависимости этих величин у металлов
Удельная электропроводность (111.7.3.4°) полупроводников возрастает с повышением температуры T по закону
где k — постоянная Больцмана (11.1.4.5°). Удельное сопротивление (111.7.3.4°) полупроводников резко уменьшается с повышением температуры по закону
5°. Электропроводность полупроводников, обусловленная наличием в них примесных центров, называется примесной проводимостью.
Примесными центрами (примесями) являются: атомы и ионы посторонних элементов, различные дефекты и искажения в кристаллической решетке (пустые узлы, сдвиги, возникающие при деформациях кристалла, и т. п.).
Примеси изменяют периодическое электрическое поле в твердом теле и влияют на движение электронов и их энергетические состояния. Энергетические уровни валентных электронов примесных атомов не располагаются в разрешенных энергетических зонах (VII.2.9.2°) основного кристалла, и возникают примесные энергетические уровни {локальные уровни), расположенные в запрещенной зоне.
6°. Примеси могут быть дополнительными поставщиками электронов в твердом теле. Например, при замещении в решетке германия одного атома германия атомом примеси, обладающим пятью валентными электронами (фосфор, сурьма, мышьяк), один электрон атома примеси не может вступить в ковалентную связь (VI.2.4.5°) с атомами германия и оказывается «лишним». Энергетические уровни таких электронов располагаются ниже зоны проводимости основного кристалла (рис. VII.2.14). Такие уровни, заполненные электронами, называются донорными, а атомы примесей, поставляющие «лишние»
(111.7.3.7°).
О
P =Po exP
618
ГЛ. VII. 2. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
электроны, называются атомами-донорами. Чтобы перевести электроны с донорных уровней в зону проводимости, нужна незначительная энергия AWe, получаемая, например, при тепловом возбуждении. Так, для кремния AWe = 0,054 эВ, если примесью является мышьяк. Если электроны перебрасываются с донорных уровней в зону проводимости, то в полупроводнике возникает электронная примесная проводимость (примесная проводимость п-типа). Подобные полупроводники называются электронными примесными, или полупроводниками п-типа.
7°. При замещении четырехвалентного атома в решетке полупроводника трехвалентным атомом примеси (бор, алюминий, индий) возникает недостаток одного электрона для образования насыщенных ковалентных связей. Недостающий электрон может быть заимствован в решетке у соседнего атома германия, у которого при этом появится положительная дырка (п. 3°). Последовательное заполнение электронами дырок, образующихся у атомов германия, эквивалентно движению дырок и приводит к проводимости полупроводника. Примесные энергетические уровни, не занятые электронами, называются уровнями прилипания, или акцепторными уровнями. Атомы примесей в этом случае называются атомами-акцепторами. Акцепторные уровни располагаются выше верхнего края валентной зоны (VII.2.9.4°) основного кристалла (рис. VII.2.15). Так, в кристаллах кремния при введении бора акцепторные уровни лежат на AWh = 0,08 эВ выше валентной зоны. Перевод электронов из заполненной валентной зоны на ак-
Рис. VII.2.14
Рис. VII.2.15
§ VII.2.11. КОНТАКТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
619
цепторные уровни приводит к появлению в этой зоне положительных дырок, и валентная зона становится зоной проводимости дырок. В полупроводнике возникает дырочная примесная проводимость (примесная проводимость р-типа). Такие полупроводники называются дырочными примесными, или полупроводниками р-типа.
8°. При введении в полупроводник одновременно донорных и акцепторных примесей характер проводимости (п- или р-тип) будет зависеть от того, какие примеси создают большую концентрацию носителей тока. Концентрация и энергия электронов (и дырок) в полупроводниках в отличие от металлов весьма сильно зависят от температуры, возрастая при ее повышении.
§ VII.2.11. Понятие о контактных электрических явлениях в металлах и полупроводниках
1°. Работой выхода А электрона из металла называется работа, которую нужно совершить при удалении электрона из металла в вакуум. Работа А совершается против сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникающего в металле в результате удаления электрона. Кроме того, необходимо преодолеть силы отталкивания со стороны ранее вылетевших электронов, если они не удалены и образуют вблизи поверхности проводника электронное «облако». Работа выхода имеет величину порядка нескольких эВ и зависит от рода металла и состояния его поверхности: загрязнения, следы влаги и пр. изменяют ее. В квантовой теории твердого тела работа выхода отсчитывается от верхнего занятого электронами уровня — уровня Ферми (рис. VII.2.16).
