Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 262
Скачиваний: 7
рис. 1. На месте разорванной ковалентной связи образуется дырка - вакантное место для электрона. Дырка имеет положительный заряд, поскольку с уходом отрицательно заряженного электрона остаётся не скомпенсированный положительный заряд ядра атома кремния.
Si Si Si Si Si Si
+
Si Si Si Si Si Si
Si +
+
Si Si Si Si Si
Si Si Si Si Si Si
Рис. 1. Образование свободных электронов и дырок
Дырки не остаются на месте - они могут блуждать по кристаллу. Дело в том, что один из соседних валентных электронов, <путешествуя> между атомами, может перескочить на образовавшееся вакантное место, заполнив дырку; тогда дырка в этом месте исчезнет, но появится в том месте, откуда электрон пришёл.
При отсутствии внешнего электрического поля перемещение дырок носит случайный характер, ибо валентные электроны блуждают между атомами хаотически. Однако в электрическом поле начинается направленноедвижение дырок. Почему? Понять это несложно.
На рис. 2 изображён полупроводник, помещённый в электрическое поле E. В левой части
рисунка - начальное положение дырки.
EEE Si Si Si
+
Si Si Si
+
Si Si
+ Si
Si Si Si
E Si Si Si
E Si Si Si
E свободныеэлектроныи дырки.Приналожениивнешнегоэлектрическогополяпоявляетсяэлектрическийток, вызванныйихупорядоченнымвстречнымдвижением:свободныеэлектроныперемещаютсяпротивоположновекторунапряжённостиполяE,адырки-внаправлениивектораЕ.Возникновениетоказасчётдвижениясвободныхэлектроновназываетсяэлектроннойпроводимостью,илипроводимостьюn-типа.Процессупорядоченного перемещениядырокназываетсядырочнойпроводимостью,илипроводимостьюp-типа.Обепроводимости-электронная идырочная-вместеназываются собственнойпроводимостьюполупроводника.Каждый уходэлектронасразорванной ковалентнойсвязипорождаетпару<свободный электрон–дырка>.Поэтомуконцентрациясвободныхэлектроноввкристаллечистогокремния равнаконцентрациидырок.Соответственно,принагреваниикристаллаувеличиваетсяконцентрациянетолькосвободныхэлектронов,ноидырок,чтоприводитквозрастаниюсобственной проводимостиполупроводниказасчётувеличениякакэлектронной,такидырочнойпроводимости.Нарядусобразованиемпар<свободныйэлектрон–дырка>идётиобратныйпроцесс:рекомбинациясвободных
электронов и дырок. А именно, свободный электрон, встречаясь с дыркой, заполняет эту вакансию, восстанавливая разорванную ковалентную связь и превращаясь в валентный электрон. Таким образом, в полупроводнике устанавливается динамическое равновесие: среднее число разрывов ковалентных связей и образующихся электронно-дырочных пар в единицу времени равно среднему числу рекомбинирующих электронов и дырок. Это состояние динамического равновесия определяет равновесную концентрацию свободных электронов и дырок в полупроводнике при данных условиях.
Изменение внешних условий смещает состояние динамического равновесия в ту или иную сторону. Равновесное значение концентрации носителей заряда при этом, естественно, изменяется. Например, число свободных электронов и дырок возрастает при нагревании полупроводника или при его освещении.
При комнатной температуре концентрация свободных электронов и дырок в кремнии приблизительно равно 1010 см−3. Концентрация же атомов кремния - порядка 1022 см−3. Иными словами, на 1012 атомов кремния приходится лишь один свободный электрон! Это очень мало. В металлах, например,