2.1.2. Провідність чистих напівпровідників і її залежність від температури

Розглянемо напівпровідники при абсолютному нулі температури. При T = 0 зона провідності пуста, напівпровідник веде себе як діелектрик, бо в ньому немає вільних електричних зарядів.

При підвищенні температури, при деякому значенні T, деякі електрони в валентній зоні набувають енергії, достатньої для того, щоб перейти з валентної зони в зону провідності. При цьому в зоні провідності з'являється електрон а в валентній зоні - нескомпенсований позитивний заряд -дірка(рис.2.2.).

Як вільний електрон в зоні провідності, так і дірка в валентній зоні приймають участь у провідності тобто якщо до напівпровідника прикласти напругу, то в ньому потече струм, який буде складатися з електронного і дірочного  струму   I = I ел +1 д.  Дірка  в  кристалі  пересувається завдяки

впорядкованому руху електронів. При цьому кожен електрон пересувається на відстань, що дорівнює сталій гратки, а дірка може пройти весь кристал. Це відбувається під дією зовнішньої напруги.

Таким чином, власна провідність чистого напівпровідника завжди є змішаною, або електронно- дірковою.

Провідність у напівпровіднику описується співвідношенням:

s = s0 exp(-D Е2 k T), (2.1)

де s0 - const;

k - стала Больцмана;

T - абсолютна температура;

ЛЕ - ширина забороненої зони.

Графік залежності провідності від температури в логарифмічному масштабі приведений на рис.2.4.

Логарифмуючи співвідношення ( 2.1)

Іпа = Іпа0 -АЕ/ к Т, і користуючись графіком (рис.2.4)

АІпа = - (АЕ І 2 к )-А(і / Т), можна визначити ширину забороненої зони

АЕ = 2кА(1п<7)/ А(1/ Т). 2.1.3. Домішкова провідність напівпровідників

Домішкова провідність виникає в чистому напівпровіднику при введенні домішки, атом якої має незаповнений рівень поблизу верхнього рівня валентної зони (пунктирна лінія, рис.2.5.а). В цьому випадку найменшого збудження наприклад прикладення напруги досить для того, щоб електрон із валентної зони перейшов на рівень домішки. При цьому в валентній зоні з'явиться дірка але для того щоб електрон перейшов у зону провідності треба мати набагато більшу енергію. Таким чином, вільних електронів у зоні провідності не виникає і провідність буде чисто діркова.

Для того, щоб отримати провідність електронного типу необхідно підібрати атом домішки так, щоб цей атом мав рівень, заповнений електроном, поблизу дна зони провідності (рис.2.5.б). В цьому випадку електрон з рівня атома домішки легко переходить у зону провідності. При цьому з'являється вільний електрон. Переходів електронів із валентної зони в зону провідності не відбувається, таким чином у валентній зоні дірки не виникають, тобто ми отримуємо провідність електронного або п - типу.

У зоні робочих температур напівпровідника при деякому зростанні температури провідність зростає (областьі на рис.2.6.). При досягненні певного значення температури провідність деякий час залишається незмінною (область2)тобто а (провідність) сягає насичення. Починаючи з деяких значень температур з'являється власна провідність (область 3). У цьому випадку напівпровідниковий прилад стає некерованим. Напівпровідниковий прилад виконує свої функції тоді, коли його провідність керована. Напівпровідники бояться перегріву, або сильного електромагнітного опромінювання, бо при цьому прилад переходить у режим власної провідності.