Полупроводники представляют собой вещества, которые
по своей удельной электрической проводимости занимают среднее место
между проводниками и диэлектриками.
Для полупроводников характерен отрицательный температурный коэффициент
электрического сопротивления. При возрастании температуры сопротивление
полупроводников уменьшается, а не увеличивается, как у большинства
твердых проводников. Кроме того, электрическое сопротивление полупроводников
очень сильно зависит от количества примесей, а также от таких внешних
воздействий, как свет, электрическое поле, ионизирующее излучение
и др.
В полупроводниках существует электропроводность двух видов. Так
же как и металлы, полупроводники обладают электронной электропроводностью,
которая обусловлена перемещением электронов проводимости. При обычных
рабочих температурах в полупроводниках всегда имеются электроны
проводимости, которые очень слабо связаны с ядрами атомов и совершают
беспорядочное тепловое движение между атомами кристаллической решетки.
Эти электроны под действием разности потенциалов могут получить
дополнительное движение в определенном направлении, которое и является
электрическим током.
Полупроводники обладают также дырочной электропроводностью, которая
не наблюдается в металлах. В полупроводниках кристаллическая решетка
достаточно прочна. Ее ионы, т. е. атомы, лишенные одного электрона,
не передвигаются, а остаются на своих местах.
Отсутствие электрона в атоме условно назвали дыркой. Этим подчеркивают,
что в атоме не хватает одного электрона, т. е. образовалось свободное
место. Дырки ведут себя как элементарные положительные заряды.
При дырочной электропроводности в действительности тоже перемещаются
электроны, но более ограниченно, чем при электронной электропроводности.
Электроны переходят из данных атомов только в соседние. Результатом
этого является перемещение положительных зарядов – дырок – в направлении,
противоположном движению электронов.
Электроны и дырки, которые могут перемещаться и поэтому создавать
электропроводность, называют подвижными носителями заряда или просто
носителями заряда. Принято говорить, что под действием теплоты происходит
генерация пар носителей заряда, т. е. возникают пары: электрон проводимости
– дырка проводимости.
Вследствие того что электроны и дырки проводимости совершают хаотическое
тепловое движение, обязательно происходит и процесс, обратный генерации
пар носителей. Электроны проводимости снова занимают свободные места
в валентной зоне, т. е. объединяются с дырками. Такое исчезновение
пар носителей называется рекомбинацией носителей заряда. Процессы
генерации и рекомбинации пар носителей всегда происходят одновременно.
Полупроводник без примесей называют собственным полупроводником.
Он обладает собственной электропроводностью, которая складывается
из электронной и дырочной электропроводности. При этом, несмотря
на то что количество электронов и дырок проводимости в собственном
полупроводнике одинаково, электронная электропроводность преобладает,
что объясняется большей подвижностью электронов по сравнению с подвижностью
дырок.
|