Proprietatea principală a unei substanțe în raport cu un câmp electric este conductivitatea electrică, adică capacitatea de a conduce un curent electric sub influența unei tensiuni electrice constante (care nu se schimbă în timp). Dacă semiconductorul se află într-un câmp electric cu intensitate E., atunci purtătorii de taxă liberi care se află în el dobândesc o mișcare de direcție sub acțiunea acestui câmp. O astfel de mișcare ordonată a sarcinilor electrice este un curent electric.
Reprezentările modelului mecanismului de formare a purtătorilor de sarcină în semiconductori intrinseci și impurități au fost considerate mai devreme.
În semiconductorul intrinsec, purtătorii de sarcină sunt electroni liberi și găuri ale căror concentrații sunt aceleași. Atunci când o densitate externă a câmpului electric al componentei pe termen de electroni a curentului care curge prin propriile sale în semiconductori, adică. E. Numărul sarcinilor electrice suportate pe unitatea de timp prin unitatea de suprafață perpendiculară pe câmp electric direcționată leniyu, este definit ca
unde q = 1,6-10 -19 este sarcina electronică, Кл; n este concentrația electronilor benzii de conducere, m -3; N - viteza medie a mișcării ordonate a electronilor, care a apărut sub acțiunea unui câmp electric (viteza de derivație), m / s.
De obicei, viteza # N este proporțională cu intensitatea câmpului:
unde μn este coeficientul de proporționalitate, numit mobilitate, m 2 / (B # 8729; c).
Având în vedere (10.1), ecuația (10.2) poate fi reprezentată în formă
unde N = qn nμn este conductivitatea electrică specifică a semiconductorului datorată electronilor, Sm / m; # 961; = 1 / # 963; - rezistență electrică specifică, Ohm # 8729; m.
În mod similar, componenta găurii a densității de curent pentru semiconductorul intrinsec
unde p este concentrația găurilor în banda de valență, m -3; μp este mobilitatea găurilor, m 2 / (B # 8729; c).
Conductivitatea electrică specifică a unui semiconductor, care este cauzată de găuri:
Densitatea totală a curentului prin intermediul semiconductorului propriu:
Conductibilitatea electrică specifică a semiconductorului propriu:
Semiconductorul impuritate la temperatura camerei sub-amestec aproape complet ionizat și, prin urmare, Provo-gența vor fi determinate mobile de încărcare liberă purtătoare, electroni și găuri în n - și de tip p semiconductor respectiv guvernamental
unde nn și pp sunt concentrația principalelor purtători de încărcătură de electroni și găuri, respectiv.
Deoarece concentrația și mobilitatea purtătorilor de sarcină liberă depind de temperatură, conductivitatea va depinde, de asemenea, de temperatură.
În acest caz, concentrația transportatorilor cu taxă liberă este caracterizată de o dependență exponențială, iar pentru mobilitate - o lege de putere. Pentru un semiconductor intrinsec, pentru care # 916; ≈kT. și ținând seama de faptul că dependența de putere-putere este mai slabă decât cea exponențială, putem scrie
aici E - lățimea zonei interzise; k este constanta Boltzmann; T este temperatura absolută; O este un factor independent de temperatură; el trebuie să exprime # 963; la T = ∞, adică atunci când toți electronii de valență au trecut în banda de conducție. Este convenabil să plotați graficul dependenței (10.10) logaritmizând expresia (10.10):
În Fig. 10.3 această dependență este prezentată la o scară semi-logaritmică. Tangentul unghiului de înclinare # 963; dă valoarea # 916; E / k. de acolo este valoarea # E16 pentru semiconductor. Ea
Pentru un semiconductor cu impurități, formula pentru conductivitate în forma generală va avea următoarea formă:
unde Ea este energia ionizării impurităților.
În Fig. 10.4 prezintă dependența de temperatură a unui semiconductor cu o concentrație diferită de impuritate. Creșterea conductivității specifice a unui semiconductor cu o creștere a T în regiunea cu temperatură joasă se datorează unei creșteri a concentrației purtătorilor de sarcină liber datorită ionizării impurităților (figura 10.4, secțiunile ab, de, kl).
Panta părții impurităților din curbă depinde de concentrația de impurități. Cu o creștere a concentrației de atomi de impurități în semiconductor, panta curbei către axa abscisă scade și este mai mare. Acest lucru se explică prin faptul că panta liniei drepte în regiunea de conductivitate a impurităților este determinată de energia ionizării impurităților. Cu o creștere a concentrației de impurități, energia de ionizare scade și, în consecință, panta liniilor scade.
Cu o creștere suplimentară a temperaturii, impuritatea devine epuizată prin ionizarea completă. Conductivitatea electrică intrinsecă nu este încă vizibilă. În aceste condiții, concentrația purtătorilor liberi este practic independentă de temperatură, iar dependența de temperatură a conductivității specifice a semiconductorului este determinată de dependența mobilității purtătorilor de sarcină de temperatura. O creștere accentuată a conductivității specifice cu o creștere suplimentară a temperaturii corespunde cu regiunea conductivității electrice intrinseci.
Fig. 10.3. Dependența conductivității electrice Fig. 10.4. Dependența conductivității electrice
de la temperatura pentru semiconductivitatea unui semiconductor cu altul
conductor. concentrația impurităților.
Utilizând curbele prezentate în Fig. 10.4, putem găsi lărgimea benzii interzise a semiconductorului și energia de ionizare a impurităților.
În semiconductori reali, curba acestor curbe poate fi diferită datorită faptului că în materialele utilizate în practică nu există una, ci mai multe tipuri de impurități în care energia ionizării (activării) este diferită.
În câmpurile electrice puternice, liniaritatea legii lui Ohm j = # 963; E este încălcată. Puterea minimă a câmpului electric, începând cu care dependența liniară a curentului de tensiunea nu este îndeplinită, se numește critică. Această limită nu este ascuțită și definită și depinde de natura semiconductorului, de concentrația impurităților și de temperatura ambiantă.
Deoarece conductivitatea este determinată de concentrația de purtatori de sarcina si mobilitatea acestora, liniaritatea legea lui Ohm va fi rupt în cazul în care cel puțin una dintre aceste cantități vor depinde de intensitatea câmpului electric.
În cazul în care modificarea valorii absolute a vitezei de purtatori de sarcina, dar în detrimentul unui câmp extern pe drumul de mijloc între Souda-reniyami comparabile cu viteza termică, mobilitatea purtătorilor de sarcină va depinde de câmpul electric, și poate atât crește și descrește în funcție de temperatura mediu riu.
Efectul unui câmp electric puternic conduce la o creștere semnificativă a concentrației transportatorilor cu taxă liberă. Există mai multe mecanisme pentru creșterea concentrației purtătorilor de încărcătură liberi într-un semiconductor sub influența unui câmp electric extern - ionizare electrostatică, termionică și șoc.
Sub influența unui câmp electric semiconductor extern E pentru a-Stu benzile sale de energie sunt pe clone. Acest lucru se datorează adăugării la energie a electronului din semiconductor în absența unui câmp extern de energie suplimentară datorită unui câmp electric extern. Așa cum se poate vedea din fig. 10.5 (treceri orizontale 1 și 2) într-un puternic câmpului electric cerul este înclinat zone o tranziție a unui electron de valență nivelurile de impurificare banda clorhidric și energia banda de conducție fără schimbare - prin tunel electroni prin percolarea zonei interzise.
Acest mecanism de creștere a concentrației purtătorilor liberi sub acțiunea unui câmp electric puternic se numește ionizare electrostatică. Este posibilă în câmpuri electrice cu o intensitate de ordinul a 10 8 V / m. Dacă un electron liber sub acțiunea unui câmp electric extern capătă suficienta energie pentru a transfera un electron din banda de valență în banda de conducție, este posibilă ionizarea cu impact. Electronul de ionizare rămâne în banda de conducere. În Fig. 10.6 arată dependența conductivității de câmpul electric aplicat, unde secțiunea 1 corespunde liniarității legii lui Ohm; 2 - ionizare termionică; 3 - electrostatice și șoc; 4 - defalcare.
Fig. 10.5. Zonele electrice ale sistemului semi- 10.6. Dependența conductivității
om de apă într-un câmp electric puternic. semiconductori de tensiune
câmp electric extern.
Efectul deformării asupra conductivității semiconductorilor. Conductivitatea corpului solid cristalin variază de la deformări datorate unei (tensiune, compresie) la distanță mezhduatom-TION creștere sau descreștere și determină o modificare a concentrației și mobilitatea charge-transportatori.
Modificări de concentrare ca urmare a modificării lățimii zonelor semiconductoare-ically energie Resurse de compensare și de nivelul de impurități, ceea ce conduce la rândul său, la o schimbare a taxei de uzură-Leu energie de activare și, prin urmare, pentru a micșora sau mări con-centrarea.
Schimbările de mobilitate datorate creșterii sau scăderii amplitudinii vibrațiilor atomilor pe măsură ce se apropie sau se îndepărtează.
O cantitate care caracterizează numeric modificarea conductivității semiconductorilor sub o anumită formă de deformare este sensibilitatea la tensiune:
care este raportul dintre variația relativă a rezistivității și tensiunea relativă într-o anumită direcție.