рыва ковалентной связи и перехода в зону проводимости (т.е. дополнительная энергия должна быть больше ширины запрещенной зоны).

При приложении электрического поля к кристаллу электроны, перешедшие из валентной зоны, начинают перемещаться - возникает электрический ток. Так как из валентной зоны часть электронов перешла в зону проводимости, то валентная зона уже оказывается не полностью занятой. В связи с этим при приложении к кристаллу электрического поля в ней тоже станет возможным перемещение электронов.

Следовательно, прохождение электрического тока через полупроводниковый кристалл обусловливается одновременным перемещением электронов и в зоне проводимости, и в валентной зоне. Перемещение электрона (см. рис 38, б) к потолку валентной зоны приводит к фактическому движению заряда с положительным знаком на то место, где только что находился электрон. Во избежание трудностей при описании такого движения было введено понятие дырки, перемещение которой в электрическом поле происходит в противоположном направлении по сравнению с электроном. Дырки с меньшей энергией располагаются у потолка валентной зоны и увеличивают свою энергию, перемещаясь по шкале энергий в глубь валентной зоны, т.е. для дырок и электронов отсчет энергий идет в противоположных направлениях.

Полупроводники, в которых переход электронов в зону проводимости происходит за счет разрыва собственных ковалентных связей, называются собственными полупроводниками, а электрическая проводимость в таких полупроводниках называется собственной. Так как

при разрыве ковалентной связи одновременно с попаданием электрона

в зону проводимости образуется дырка, собственная электропроводность должна состоять из дырочной и электронной компонент.

4-214 «

создают такие примеси в энергетическом спектре, называют мелкими. Другие примеси замещения, валентность которых отличается от валентности атома полупроводника более чем на ± 1, создают глубокие уровни. Особенность таких примесей проявляется также в способности создавать не один, а несколько различных по свойствам и величине примесных уровней.

Электроны и дырки в отсутствие электрического поля движутся в объеме полупроводника хаотически. Под действием на кристалл электрического поля дырки начинают перемещаться по направлению поля, электроны против. Скорость движения зарядов определяется подвижностью С, представляющей собой среднюю скорость движения носителей заряда в поле напряженностью 1 В/см. В любом полупроводнике имеется и свободных электронов и р свободных дырок. Обозначив подвижность электронов и дырок (iD и Цд, получим следующее выражение для удельной электропроводности полупроводника, Ом"*-см"1: о = пеЦд + ре\1А, где е = 1,6021 ? 10"19 - заряд электрона, Кл.

При собственной проводимости (в химически чистом веществе) и - р, при наличии примесей эти величины будут отличаться.

Обычно в полупроводниках всегда присутствуют одновременно донорные и акцепторные примеси. При этом концентрация носителей заряда одного знака, как правило, всегда превышает концентрацию носителей заряда другого знака. Те носители заряда, которых в полупроводнике больше, называются основными, те, которых меньше -неосновными (например, дырки в электронном полупроводнике).

Если концентрация донорной примеси ND намного выше концентрации акцепторной, т.е. ND~» NA, то вкладом дырок в электропроводность можно пренебречь, и она будет определяться только электронами:

о = еп(1„, (10)

гдеп* ND-NA.

Если же NA »ND, то электропроводность определяется только дырками:

° = eptip, (П)

где р " NA — ND.

Величины пир получили название разностных концентраций электронов и дырок.

Когда Np = NA, электроны донорных примесей заполняют все свободные связи акцепторов (дырок). Такое явление называется компенсацией. Отличить компенсированный полупроводник от совершенно чистого, собственного полупроводника можно по температурным зависимостям электропроводности и коэффициента Холла.

Р, Ом ? см N, см"

Р, Ом • см К ал'

Р, Ом • см

0,003

0,005

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0,090

0,100

0,200

0,300

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

2,41 • 10" 1,27 • 10" 4,76 -М" 1,51 • Ю1В 7,22 • Ю" 4,25 • 10" 2,85 • 1017 2,08 ? 10" 1,61 • 10" 1,29-10"

1.8 ? 10" 9,18 • 10" 3,49 • 10"

2.8 • 10" 1,48 • 1016 1,15 • 10" 9,32 -10" 7,84 • 10" 6,76 • 10"

7,2 7,4 7,6 7,8 6,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10 И 12 13 14

6,71 ? 10" 6,52 - 10М

6.35 ? 10" 6,18 • 10" 6,02-10" 5,87 • 10" 5,73 • 10" 5,59 • 10" 5,47 • 10" 5,34-10" 5,22 • 10" 5,11 • 10" 5,00 • 10" 4,89-10" 4,80 • 10"

4.35 • 10" 3,99 • 10" 3,68 • 10" 3,41 • 10"

0,005

0,008

0,009

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0,090

0,100

0,200

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

2,08' 10" 1,17 • 10" 1,01 • 10" 8,84 • 10." 3,35 • 10" 1,78 • 10" 1,11-10" 7,76-10" 5.67-10"

4,41

3,56

2,96 • 10" 2,52-10" 9,4В • 10" 5,66 ? 10" 3,99 ? 10" 3,08 ? 10" 2.S0-10" 2,10-10"

7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 9,2 9,4 9