4 3
Рис. 4.7 SUвнут.= 0
Мы рассмотрели контакт двух металлов. Если имеется контакт нескольких металлов, например, трёх, то разность потенциалов между концами цепи определяется разностью работ выхода для металлов, образующих крайние звенья цепи. В замкнутой цепи, составленной из произвольного числа разнородных металлов, сумма скачков потенциалов будет равна нулю при условии, что все спаи будут иметь одинаковую температуру (рис. 4.7).
5. Полупроводники
5.1. Собственная проводимость полупроводников
Полупроводниками назвали вещества, которые по своим электрическим свойствам занимают прмежуточное место между проводниками и изоляторами. Различают собственные и примесные полупроводники. К числу собственных относятся химически чистые полупроводниковые материалы (кремний, германий, аргенид галлия и др.).Валентность чистых полупроводниковых материалов равна четырем. Для этих веществ характерна ковалентная химическая связь, при которой два электрона принадлежат двум атомам. К числу примесных относятся полупроводники с искусственно внесёнными примесями, причем концентрация примесных атомов чрезвычайно мала (меньше 1 %). Следуя зонной теории, при температуре абсолютного нуля у чистых полупроводников валентная зона полностью заполнена электронами, а ширина запрещённой зоны невелика (до 1 эВ). Электрическое поле, приложенное к полупроводнику при самых низких температурах, не в состоянии перебросить электроны из валентной зоны в зону проводимости, поэтому чистые полупроводники ведут себя в этом случае как изоляторы. (рис. 5.1 а).
E
E
T=0 T>0
зона проводимости
DE
валентная зона
а) б)
Рис. 5.1
При более высоких температурах начинаютсяся переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости. Вероятность того, что при температуре Т электрон получит энергию, достаточную для преодоления ширины запрещённой зоны DЕ, пропорциональна величине
exp (-DE /2kT). (5.1)
При комнатной температуре (Т = 300 К) она ещё мала, но с ростом температуры вероятность образования носителей тока очень быстро растёт.
При переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости в валентной зоне образуется дырка - вакантное место, способное захватить электрон из соседней ковалентной связи. Дырка может быть занята электроном из валентной зоны, тогда она просто перейдёт на другое место. Дырка в валентной зоне равносильна положительному заряду, равному по величине заряду электрона.
Наряду с переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости происходит и обратный переход, при котором электрон возвращается назад в валентную зону и занимает в ней вакантное место – при этом процессе дырка исчезает (отрицательный заряд электрона компенсирует положительный заряд дырки). Этот процесс называется рекомбинацией свободных носителей заряда в полупроводнике. Процессы генерации (образования) и рекомбинации (уничтожения) свободных носителей заряда идут одновременно. В результате действия этих двух конкурирующих между собой процессов в полупроводнике устанавливается при данной температуре некоторая равновесная концентрация носителей заряда.
Когда внешнее электрическое поле отсутствует, электроны проводимости и дырки движутся хаотически. При включении поля на хаотическое движение носителей тока накладывается упорядоченное движение: электронов против поля, дырок по полю. Оба движения приводят к переносу заряда вдоль кристалла. Удельная электропроводность полупроводника в данном случае будет складываться из электронной проводимости и дырочной.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.