nivele discrete ale unui atom într-o corespunde solid la un sistem discret este întotdeauna permis benzi separate prin zone interzise. De obicei, în cazul în care electronii formează un atom complet sau grup molecula, prin combinarea lor într-o zonă de corp solid sau lichid sunt toate nivelurile sunt umplute, astfel încât aceste substanțe vor avea la zero absolut proprietăți izolatoare. Acestea includ gaz nobil zăbrele, compuși cu zăbrele moleculare și ionice cu legături saturate. Zăbrele de diamant, siliciu, germaniu, o-staniu, compuși de tip AIIIBV, AIIBVI, CSi fiecare atom este legat prin legături simple valența la patru vecini apropiați, astfel încât să formeze 6 s complet 2p electronilor de bandă în jurul ei, iar banda de valență este umplută.
Fără a intra în detalii structurale zone sublinia că semiconductori și dielectrici diferite de metal, astfel încât banda de valență au la t „0 ° K este întotdeauna complet umplut cu electroni, iar cea mai apropiată zonă liberă (banda de conducție) este separat de banda de valență stări interzise Bandgap dE semiconductorii - de la zecimi de electron volt la 3 eV (suspendat) și la dielectricilor - de la 3 la 5 eV (suspendat). Dacă între semiconductori și dielectrici, există doar o diferență cantitativă, diferența dintre ele de metal de calitate. Pentru a trece curent în metal, nu necesită nici un alt efect, cu excepția aplicării unui câmp electric, deoarece banda de valență nu este umplută în metalul sau se suprapune peste banda de conducție (Fig. 20a).
Fig. 20 sunt diagrame apariția găurilor în rețeaua atomică a semiconductorilor elementar și apariția unui electron de conducție.
Fig. 20. Diagrama banda energetică a unui - în metal; b - într-un semiconductor; în - în izolator; bandgap DE-
Pentru efectuarea de excitație în semiconductoare (fig. 20, b) necesitatea de a electronilor din banda de valență umplut, pentru a aduce suficientă energie pentru a depăși stările de bandă interzise. Numai atunci când absorbția de energie nu este mai mică decât DE, electronul va fi aruncat din partea de sus a marginii banda de valență în zona liberă (banda de conducție). În cazul în care pragul de energie este depășită, net (de fapt) semiconductor are o conductivitate electronică. Cu cat lățimea zonei interzise a DE, cu atât mai mare conductivitatea la o temperatură dată. Deoarece dielectrici DE foarte mari, conductivitatea lor este foarte mică (Fig. 20b).
Când se apropie de zero absolut excitație termică este insuficientă, iar semiconductori sunt izolatoare si metale - supraconductori. Cat este mai mare temperatura și mai intens semiconductor este iradiat cu raze de energie hv cel puțin DE, cu atât mai mare conductivitatea semiconductorului în sine, deoarece crește numărul de electroni de aruncate din banda de valență la banda de conducție.
Pentru a curăța semiconductor cu scăderea frecvenței coeficientului de absorbție a luminii incidente de o anumită valoare v scade brusc, iar materialul devine transparent la raze cu frecvențe joase. Acest site recesiune o absorbție rapidă numită muchia de absorbție intrinsecă. Lungimea de undă X și frecvența v. care corespunde marginii de absorbție intrinsecă, este de aproximativ determinată de condițiile:
în cazul în care este numit DE decalajul de banda optică.
Energia de lumină vizibilă se află în intervalul 1,5-3,0 eV, adică depășește în mod normal, energia conducția excitație (AE). În cazul în care semiconductor are o anumită cantitate de impurități, devine opac pe o gamă largă de frecvențe - de la ultraviolete până la frecvențe radio.
Metale sub iradiere de lumină nu este, practic, schimba conductivitatea, deoarece numărul de electroni de conducție în ele nu se schimba. Apoi, ne vom concentra asupra cauzelor de sensibilitate ridicată la structura defectelor de cristal semiconductoare și perturbarea personalului decât acestea sunt, de asemenea, foarte diferite de metale.
Îngrijirea de electroni din banda de valență a semiconductoarelor banda de conducție lasă un spațiu liber (gaura) în banda de valență, cu o sarcină pozitivă, care este numeric egală cu sarcina electronului. Astfel, o gaură numită eliberat din locul de electroni în legătură covalentă întreruptă între atomii de fapt semiconductoare având o singură sarcină pozitivă.
Electronic, care a apărut în interstițiu este mobilitatea purtătoare. Astfel de electroni ca găurile sunt libere să se deplaseze prin cristal (difuze). Dacă cristalul este plasat într-un câmp electric cu o tensiune de cădere de la dreapta la stânga, atunci electronul „liber“ dobândește mișcarea direcțională împotriva câmpului (dreapta). Mai mult, în locul unei găuri formate (+) devine electron din orice gaura din stânga spațiu de comunicare adiacentă. Astfel, o nouă gaură este formată în locul celei dintâi. Prin urmare, o direcție câmp gaură mișcări (stânga), când electronii din rasele de banda de valență, care apar de la stânga la dreapta, așa cum se arată în Fig. 21 (săgeți). Charge electroni de transfer se numește gaura banda de valență. Astfel, în semiconductori intrinseci este un mecanism dublu de conductie: electron si gaura. Conductivitatea semiconductorului este, în general exprimată prin ecuația:
unde: FPI ir - Mobilitatea electronilor și găuri, respectiv; n și p - concentrarea.
Fig. 21. Circuitul de rupere legătură de valență și apariția electronilor liberi și gaura ca purtător: A - într-o imagine plană; b - în diagrama de banda de energie; A - atomi de siliciu sau din germaniu; (:) - electroni de valență în atomi adiacenți de comunicare; (+) - o gaură; (-) - un electron liber; UE - nivelul inferior al zonei libere; U - nivelul superior al benzii de valență
Într-un semiconductor intrinsec
unde: k - constanta Boltzmann egal cu 1,38 x 10-16 erg / deg sau 0,863 x 10-4 eV / grad; Un semiconductori cu legături covalente (de exemplu, siliciu și germanium) este proporțională cu 1,5 T, și proporțional cu mobilitatea transportatorului -1.5 T, astfel încât nici o eroare mare poate scrie
Având în vedere S0 - constanta pentru semiconductoare. Luând logaritmul, obținem:
Această ecuație a unei linii drepte In s = f cu panta tg j =. De aici:
unde j - unghiul dintre linia dreaptă și direcția pozitivă a axei 1 / T.
Din moment ce acest unghi este întotdeauna greu de cap, apoi tgj <0, а DЕ> 0. Aici, DE este numit bandgap termică, adică. E. conductivitatea termică calculată de accident vascular cerebral.
Apariție de perechi de electroni - gaura din cauza perturbărilor finalizate în mod normal, conexiune (NC) poate fi scrisă sub forma ecuației reacției reversibile DE DK + ↔ + (unde - conducta de electroni - gaură). La o temperatură dată, un echilibru dinamic. Procesul de a merge de la stânga la dreapta, este generarea de electroni și găuri, iar procesul invers se numește recombinarea electroni și găuri. Când temperatura crește, în conformitate cu principiul Le Chatelier, acest echilibru mută spre dreapta. La o temperatură dată pe legea acțiunii maselor constanta de echilibru poate fi scrisă astfel: R = PR / [EO] .Din faptul că valoarea practic foarte mare [NS] este constantă, ar trebui să fie
În mod normal, umplut cu conexiuni aproape la fel de mult ca și obligațiuni în 1 cm3. De exemplu, 1 cm3 obligațiuni germaniului (6,02 x 1023 x 5,32 / 72,59) x 2 = × 1022 9,0 (aici 5,32 - densitate germaniu, g / cm3; 72,59 - raportul dintre greutatea atomică ). Fracțiunea care reprezintă numărul atomilor germaniului în 1 cm3 se înmulțește cu 2, deoarece fiecare atom are patru legături cu atomi vecine, dar fiecare legătură care leagă doi atomi.
Pentru semiconductori nedopată n = p = pi (pi - cuvântul intrinsec - propriu); Prin urmare, ecuația anterioară poate fi scrisă:
Aceasta înseamnă că: produsul în concentrațiile de electroni și gaura conducta semiconductor la temperatura constantă, o constantă egală cu produsul dintre concentrația lor într-un semiconductor intrinsec la aceeași temperatură și nu depinde de natura și cantitatea de impurități conținute în ea. Pentru germaniu la 300o K pr 6,25 × 1026. Prin urmare, concentrația de electroni și găuri în germaniul n = p nealiat = pi = 2,5 x 113 cm siliciu ni -3.Dlya aproximativ trei ordine de mărime mai mică.