![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Электропроводность собственных полупроводниковСтр 1 из 4Следующая ⇒
Электропроводность полупроводников В общем случае удельная электропроводность определяется как электронами, так и дырками: Электронная составляющая проводимости определяется первым слагаемым в формуле (1), второе слагаемое связано с дырочной проводимостью полупроводника. Величина удельной проводимости полупроводника и ее температурная зависимость зависят от концентраций носителей (электронов и дырок) и их подвижностей, которые в свою очередь определяются типом полупроводника. Электропроводность собственных полупроводников Рассмотрим собственный полупроводник. Пусть ширина запрещенной зоны его равна Eg, а Еc есть энергия наинизшего уровня зоны проводимости и Еv - энергия наивысшего уровня валентной зоны (рис. 1). Для участия в электрическом токе электрон должен перейти из валентной зоны полупроводника в зону проводимости.
Для этого электрон должен приобрести некоторую энергию, называемую энергией ионизации. Очевидно, что энергия ионизации равна ширине запрещенной зоны, т. е. Eg=Еc - Еv. Эта энергия может быть сообщена электрону за счет теплового движения. В собственном полупроводнике концентрации электронов и дырок одинаковы (n = p = ni = pi, где ni и pi - собственные концентрации носителей). Тогда удельная электропроводность si собственного полупроводника будет равна Электропроводность собственного полупроводника называют собственной электропроводимостью и обозначают обычно σ Концентрация носителей заряда в собственном полупроводнике определяется выражением (3). Логарифмируя это выражение, получим Первое слагаемое в этом выражении слабо зависит от температуры, поэтому график зависимости ln
Таким образом, концентрация носителей заряда в собственных полупроводниках зависит от ширины запрещенной зоны Eg и температуры Т. Для германия, например, Eg = 0, 72 эВ (при T = 300 K) и концентрация собственных носителей заряда при комнатной температуре составляет приблизительно 2, 5× 1019 м-3. Для кремния соответственно Eg = 1, 1 эВ и ni = 1, 5 × 1016 м-3. Другим фактором, влияющим на температурную зависимость электросопротивления собственных полупроводников, является подвижность носителей заряда. Температурная зависимость подвижности носителей заряда в полупроводниках определяется механизмами рассеяния носителей в кристалле. В идеальном полупроводнике с собственной проводимостью подвижность определяется рассеянием на тепловых колебаниях решетки (фононах), поскольку идеальный собственный полупроводник - это полупроводник без примесных атомов и рассеяние на примесных атомах отсутствует. При анализе температурной зависимости подвижности необходимо учитывать, является ли газ носителей невырожденным или вырожденным при данных условиях. Теоретические расчеты и оценки температурной зависимости подвижности носителей заряда в кристаллах при различных условиях схематически представлены на рис. 3. В области высоких температур подвижность обратно пропорциональна Т3/2 для невырожденного газа носителей и обратно пропорциональна Т для вырожденного газа носителей. В области низких температур подвижность невырожденного газа носителей пропорциональна Т3/2 и не зависит от температуры для вырожденного газа носителей. В любом случае степенная зависимость от температуры подвижности носителей значительно слабее экспоненциальной температурной зависимости концентрации носителей заряда в собственных полупроводниках.
Вследствие этого температурную зависимость удельной электропроводности собственных полупроводников согласно выражению (2) в первом приближении можно представить в виде где s0 - значение удельной электропроводности полупроводника при T ® ¥. Логарифмируя последнее равенство, получим Таким образом, график зависимости ln
|