Locui pas în timpul formării electronilor de conducție în semiconductori. Pentru a fi specifice, să ia în considerare argumentele în continuare de siliciu, care este un semiconductor tipic.
Un atom de siliciu are un număr de ordine în sistemul Z periodic = 14. De aceea, încărcătura de nuclee de atomi de siliciu este + 14e și compoziția acestuia include 14 electroni atomice. Cu toate acestea, doar patru dintre ele sunt slab cuplate. Este acești electroni slab legate implicate în reacții chimice și de a determina cele patru valențele de siliciu, și de ce se numesc electroni de valență. Cele zece electroni rămase cu nucleu până atomii catenei principale având o sarcină de + 14e-10e + = 4e. Este înconjurat de patru electroni de valență, care se deplasează în jurul miezului și formează un nor de sarcină negativă (fig. 316).
Dispunerea zăbrele a atomilor de siliciu este astfel încât fiecare atom este înconjurat de patru apropiați vecini. Un aranjament plat simplificat al atomilor săi prezentat în ris.317.
Conectarea doi atomi adiacenți pereche datorită electronilor ce formează așa-numita twin-mail, sau o legătură de valență.
Imaginea prezentată în Fig. 317 corespunde siliciu pur (efectul impurităților vor fi descrise mai jos) și o temperatură foarte scăzută. În acest caz, toți electronii de valență participă la formarea de legături între atomii și elementele structurale nu sunt implicate în conductivitatea.
Pe măsură ce temperatura crește din cristal cu zăbrele oscilații termice duce la ruptură unele legături de valență. Ca rezultat, unele dintre electronii au participat anterior la formarea legăturilor de valență este clivat, și devine electronii de conducție. În prezența unui câmp electric care sunt deplasate împotriva câmpului și formează un curent electric.
Cu toate acestea, pe lângă procesul de transfer de sarcină prin intermediul electronilor de conducție, și încă un posibil mecanism de conductivitate electrică. Aceasta se datorează faptului că orice decalaj legătura de valență conduce la apariția unui post vacant cu lipsa de comunicare. Aceste spațiu „gol“, cu lipsa de comunicare electronice sunt numite „găuri“ (Fig. 318).
Este ușor de observat că apariția de găuri în chip semiconductor creează oportunitate suplimentară pentru transfer de sarcină. Într-adevăr, prezența unor găuri de la oricare dintre electronii de legătură se pot deplasa la locul găurii. Ca urmare, în acest moment, comunicarea normală este restabilită, dar va fi o gaură într-un loc diferit. În această nouă gaură, la rândul său, să fie capabil să se deplaseze oricare altul dintre electroni și așa mai departe. D. Acest proces se va întâmpla de multe ori, rezultând în învățământul actual va lua parte nu numai a electronilor de conducție, dar, de asemenea, conexiune electronică, care se va muta treptat precum și și electroni de conducție împotriva câmpului electric. Găuri se va muta în sine oppositely în direcția câmpului electric, t. E. Deci, ca să se mute particule încărcate pozitiv (Fig. 319).
Procedeul de mai sus este numit de tip p conductivitate. În consecință, în semiconductori, două proces electroconductivity diferit: e, realizat trafic de conducere de electroni și gaura datorită mișcării de găuri.
La prima vedere ar putea părea că ideea conductivității prin găuri este foarte artificială și chiar nejustificată, deoarece găurile, t. E. „gol“ spațiu, desigur, nu poate transporta o sarcină electrică, dar în realitate, așa cum am văzut, transferul taxa de mișcarea electronilor. Ideea, cu toate acestea, este faptul că mișcarea electronilor, așa cum sa menționat mai sus, nu se supun legilor mecanicii clasice și cuantice. Iar legile mecanicii cuantice indică faptul că în cazul în care densitatea de găuri este mică în comparație cu concentrația de electroni, legile simple ale mișcării sunt obținute numai pentru găuri, dar nu pentru electronii de legătură. Și anume, se pare că o gaură în câmpurile electrice și magnetice se deplasează în același mod ca și mutat particule încărcate pozitiv având o sarcină de e +, iar unele greutate specifică (în general, nu este egal cu masa unui electron). Prin urmare, toate procesele electrice în prezența găurilor este ca și în cazul în care, împreună cu particule electronii de conducție negativi au fost încărcați pozitiv - găuri.
În afară de tranziții de electroni de la stat conectat la liber există tranziții inverse, la care electronul de conducere este prins pe una dintre legăturile de electroni de locuri vacante. Acest proces este numit recombinare de electroni și găuri. In starea de echilibru este stabilit astfel de densitate de electroni (și concentrația gaura echivalentă), la care numărul de tranziții directe și inverse și aceleași nise unitate de timp.
Considerată procesul de conducție și semiconductori complet puri, lipsiți de toate impuritățile chimice și alte defecte zăbrele, numită conductivitate intrinsecă.
Impuritatea conductivitate semiconductor
În prezența impurităților conductivității semiconductoarelor variază foarte mult. Amintim ca un exemplu de siliciu cu adaos de fosfor într-o cantitate de numai circa 0,001 la suta atomic are o rezistivitate la temperatura camerei de aproximativ 0,006 ohm-m, adică, rezistența sa scade mai mult de 100 000 de ori în comparație cu cristale complet pur.
O astfel de influență a impurităților poate fi explicată pe deplin subliniat mai sus idei despre structura semiconductoarelor. Revenind din nou la exemplul specific de siliciu, și să presupunem că acesta conține un atom de impuritate chimică înlocuiesc unele dintre atomii de siliciu. Deoarece prima impuritate ia în considerare orice element al cincilea grup, cum ar fi arsenic. atom de arsen ca element al cincilea grup are cinci electroni de valență. Dar pentru legături duble de electroni în rețeaua de siliciu, așa cum am văzut, este nevoie de toate cele patru electroni. Prin urmare, al cincilea atom de arsenic de electroni este legat în special slabă și poate fi ușor scindată sub vibrațiile termice ale rețelei. Astfel, există un electron de conducție, iar atomul de arsenic este convertit într-un ion încărcat pozitiv. Formarea găurilor are loc. Un astfel de procedeu este prezentat schematic în Fig. 320, de asemenea.
Să vedem acum cum se va comporta atom de impuritate de orice element, în picioare la stânga în sistemul periodic decât siliciu; lăsați-l să fie de pădure, în picioare, în al treilea grup. atom de bor are doar trei electroni de valență în timp ce pentru legături de valență normale în rețeaua de siliciu necesită patru electroni. Lipsește patrulea electron va fi capturat de locuri adiacente de cristal, este format dintr-o gaură și atomul de bor devine ion negativ (Fig. 320, precum) la locul potrivit. Astfel, în prezența borului în cristal de siliciu ar fi posibilitatea de apariție a NYM curent, dar, spre deosebire de cazul de arsenic, curentul electric aici se datorează mișcării de găuri, în loc de electroni.
În consecință, conductivitatea semiconductorilor poate fi, de asemenea, din cauza impurităților (impuritate conductivitate). Impuritățile care cauzează apariția electronilor de conducție (de exemplu, arsenic în siliciu), sunt numite impurități donatoare și impuritățile care cauzează apariția găurilor (de exemplu, bor în siliciu), denumit acceptor.
Pe scurt, vom vedea că semiconductori au caracteristica pe care conductivitatea electrică în ele pot fi cauzate de electroni și găuri în mișcare. În cazul în care concentrația de electroni din materiale semiconductoare este mult mai multe găuri de concentrare, atunci spunem că semiconductor are o conductivitate electrică, sau n-tip de conductivitate (de la negativ - negativ). În cazul în care găuri pozitive predomină în mare măsură, conductivitatea electrică se numește gaura, sau p - tip (de la Pozitiv - pozitiv). Purtătorii Charge furnizate în majoritatea (electroni într-un semiconductor de tip n și găuri în tip p semiconductor) se numesc purtători majoritari și minoritari prezentat - minoritatea. În cazul în care concentrația de electroni și găuri sunt congruente, avem conductivitate mixte.
De exemplu, siliciu dopat cu arsenic la temperaturi scăzute, nu are decât conductivitatea impuritate este de tip n semiconductor. Purtătorii principale de sarcină - electroni, în acestea și minoritate - gaura. Acestea din urmă apar numai ca urmare a rupe o legătură, și numărul acestora la temperaturi scăzute nu este de ajuns. Dar, pe măsură ce temperatura crește numărul de procese este crescut și există o conductivitate intrinsecă marcată. Acest lucru crește numărul de găuri, iar conductivitatea electrică este un tip mixt. La temperaturi suficient de mare conductivitate impurități, prin contrast, este mult mai mică decât propria sa, iar concentrația gaura devine densitate aproape egal de electroni.