Собственная проводимость полупроводников. Элементарные полупроводники IV группы

*Собственной проводимостью полупроводников называется проводимость, обусловленная движением под действием электрического поля одинакового числа свободных электронов и дырок, образовавшихся вследствие перехода электронов полупроводника из валентной зоны в зону проводимости. В идеальном полупроводнике при собственной проводимости концентрации электронов (ni) и дырок (pi) равны и много меньше числа уровней в валентной зоне и зоне проводимости. Поэтому свободные электроны занимают уровни вблизи дна зоны проводимости Ec, а свободные дырки - вблизи потолка валентной зоны Ev (рис. 1). При этом:

ni = pi = A exp(-DE/2kT), (1)

где A=4, 82Ч1015T 3/2(mn*mp*/m2)3/4;

mn*, mp* - эффективные массы электрона и дырки;

m - масса электрона;

k - постоянная Больцмана;

DE - ширина запрещенной зоны полупроводника;

T - абсолютная температура (дыркам приписывается эффективная масса mp, равная по абсолютной величине эффективной массе того электрона, который занял бы это валентное состояние, но с противоположным знаком; эффективная масса электрона в валентной зоне вблизи Ev отрицательна).

*С точки зрения зонной теории, полупроводники – это вещества, ширина запрещенной зоны у которых находится в диапазоне 0, 3< Δ E₀ < 3эВ Чем больше ширина запрещенной зоны, тем меньше вероятность того, что электрон перескочит в зону проводимости. Если это все же произошло, в зоне проводимости появляются подвижные электроны, а в валентной зоне – дырка. Электроны могут двигаться только в зоне проводимости, а дырки – только в валентной зоне. Наличие подвижных электронов и дырок обеспечивает полупроводникам собственную проводимость.

Элементарные полупроводники IV группы

Типы полупроводников в периодической системе элементов

В нижеследующей таблице представлена информация о большом количестве полупроводниковых соединений. Их делят на несколько типов: одноэлементные полупроводники IV группы периодической системы элементов, сложные: двухэлементные A^IIIB^V и A^IIB^VI из третьей и пятой группы и из второй и шестой группы элементов соответственно. Все типы полупроводников обладают интересной зависимостью ширины запрещённой зоны от периода, а именно — с увеличением периода ширина запрещённой зоны уменьшается.