Свойства полупроводника можно объяснить, исходя из зонной теории твердого тела. В изолированном атоме электроны могут обладать только вполне определенными значениями энергиями. Эти дозволенные значения энергии называются энергетическими уровнями. На каждом уровне может находиться не более двух электронов, различающихся направлением спиновых моментов. При образовании кристаллической решетки из отдельных атомов их энергетические уровни объединяются, образуя полосы – энергетические зоны, разделенные участками DЕ с недозволенными значениями энергии, называемыми запрещенными зонами (рис. 19.1). Число уровней в зоне равно числу атомов в кристалле. Так как число атомов в кристалле велико (»1022 атомов/см3), то уровни в зоне практически распределены непрерывно. Уровни энергии валентных электронов образуют валентную или заполненную зону 1. Выше ее, за запрещенной зоной, находится зона проводимости 2 (рис. 19.1). Она всегда свободна от электронов.
 |
E
2
DЕ
1
h
Рис. 19.1.
Для того, чтобы электроны могли перемещаться в зоне проводимости, необходимо в нее перевести часть электронов из валентной зоны. Это достигается путем сообщения им добавочной энергии DЕ¢, не меньшей ширины запрещенной зоны DЕ. Если ширина запрещенной зоны DЕ не очень велика, то дополнительная энергия может быть сообщена за счет световой энергии. При поглощении световой энергии некоторые электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости и под действием электрического поля начинают в ней перемещаться, обусловливая возникновение электрического тока. В валентной же зоне на уровнях образуются свободные места, называемые дырками. Дырки быстро заполняются электронами из соседних уровней. На освободившиеся места приходят электроны из более низких уровней и т.д. В результате наблюдается перемещение дырок, которое эквивалентно движению положительного заряда, равного по величине заряду электрона. Направление движения дырок совпадает с направлением движения внешнего поля. Таким образом, при сообщении добавочной энергии DЕ становится возможным перемещение электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне.
Проводимость полупроводника, обусловленная движением электронов в зоне проводимости, называется “электронной проводимостью”. Дырочная проводимость обусловлена движением дырок в валентной зоне. В чистом полупроводнике одновременно существуют электронная и дырочная проводимость. Их называют собственной проводимостью полупроводников.
При введении в кристаллическую решетку полупроводника атомов образуются дополнительные энергетические уровни, что ведет к изменению его электропроводности. Если заполненные электронами примеси располагаются вблизи зоны проводимости, то из них электроны легко могут переходить в зону проводимости, обусловливая электронную или так называемую “n” – проводимость полупроводника. Такой полупроводник получил название полупроводника n – типа, а дополнительные уровни – донорных уровней (рис. 19.2а). Если же незаполненные электронами уровни примеси располагаются вблизи валентной зоны, то электроны из валентной зоны легко переходят на эти уровни. В валентной зоне образуются дырки, которые обусловливают дырочную или проводимость р – типа. Такой примесный полупроводник называют полупроводником р – типа, а дополнительные уровни примеси – акцепторными уровнями (рис. 19.2б).
Рис. 19.2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.