Собственная электропроводность

В идеальном кристалле полупроводника электропроводность осуществляется за счет движения равного количества свободных электронов и дырок. Такая электропроводность называется собственной.
О процессе возникновения электронов и дырок и их подвижности было сказано выше. Рассмотрим, от чего зависит их концентрация.
После возникновения свободный электрон передвигается на несколько междуатомных расстояний, встречает на своем пути в одной из ковалентных связей дырку и заполняет ее. Происходит рекомбинация, т. е. исчезновение свободного электрона и дырки в результате их соединения в нейтральную частицу. Но вследствие тепловых колебаний атомов появляется другой свободный электрон и образуется другая дырка и т. д. Таким образом, непрерывно возникают и исчезают электроны и дырки, причем число пар, возникающих в единицу времени, равно числу исчезающих. Поэтому при любой температуре в каждый момент времени в идеальном кристалле существует одинаковое число свободных электронов и дырок.
Число возникающих свободных электронов и дырок зависит от величины энергии, необходимой для разрыва связи валентного электрона с ядрами атомов в данном материале, и от температуры. Подсчитано, что в идеальном кристалле германия при комнатной температуре концентрация электронов или дырок я = 2,5-1013 1/см3. При этом собственная проводимость германия составляет 2-10-2 1/ом • см. В кремнии для разрыва связи электрона с ядром требуется большая энергия. Поэтому концентрация электронов или дырок в кремнии меньше и при комнатной температуре составляет 6,8 • 1010 1/см3. Собственная проводимость кремния равна 1,57-10-5 l/ом см, т. е. в 1300 раз меньше, чем у германия.
Проследим зависимость электропроводности от температуры. Как упоминалось выше, электропроводность полупроводников прямо пропорциональна подвижности электронов и дырок и их концентрации. С повышением температуры концентрация свободных электронов и дырок резко возрастает, так как большее количество валентных электронов получает энергию, достаточную для разрыва связи с ядрами атомов. В то же время вследствие увеличения тепловых колебании атомов кристаллической решетки подвижность электронов из-за дополнительных торможений уменьшается, но это уменьшение незначительно. Определяющим фактором является сильная зависимость концентрации от температуры. Поэтому с повышением температуры электропроводность полупроводников возрастает. Повышение температуры на 1°С увеличивает электропроводность полупроводника на 3-6%, повышение на 10° С — примерно на 75%, а повышение температуры на 100°С — в 50 раз.
В металлах концентрация свободных электронов постоянна, она составляет 1022 1/см3 и от температуры практически не зависит. Вследствие постоянства концентрации электропроводность металлов целиком определяется подвижностью электронов. Поэтому с повышением температуры электропроводность металлов уменьшается.

загрузка...

Похожие сообщения

Написать комментарий

Комментариев нет коммент.

Написать ответ


[ Ctrl + Enter ]