Квантовые свойства кристаллов. Классификация кристаллов по электрической проводимости. Cверхпроводимость, страница 4

На подвижность носителей заряда в полупроводниках влияют те же факторы, что и на подвижность носителей заряда в металлах. Однако из-за рассеяния на колебаниях кристаллической решётки в полупроводниках подвижность носителей убывает с ростом температуры пропорционально T^3/2, а их подвижность из-за рассеяния на атомах примесей увеличивается пропорционально T^3/2. Поэтому температурная зависимость полной электрической проводимости полупроводника при некоторой температуре имеет минимум.

Электрическая проводимость пропорциональна произведению подвижности на концентрацию носителей. Концентрация носителей в полупроводнике растёт с повышением температуры, достигая некоторого постоянного значения при определённой температуре. Например, у кремния и германия стабилизация концентрации происходит при температуре, значительно более низкой, чем комнатная температура. При комнатной температуре концентрация естественных носителей в кремнии и германии соответственно равна  м^-3 и м^-3. Отсюда следует, что у кремния примесная проводимость доминирует над естественной уже при концентрации примесных атомов равной м^-3.

Электроны в зоне проводимости находятся в возбуждённых состояниях, и время их жизни в этих состояниях конечно. При встрече электронов с дырками происходит их рекомбинация. Основной механизм рекомбинации  связан с захватом электронов (или дырок) примесными атомами. Захваченный электрон (или дырка) удерживается у примесного атома до тех пор, пока не аннигилирует с движущейся мимо  дыркой (электроном). Вероятность рекомбинации электронов и дырок (как при их непосредственной встрече, так и посредством захвата примесными атомами) невелика, поэтому продолжительность жизни носителей в полупроводниках достаточно велика. Например, в германии и кремнии время жизни носителей до их рекомбинации оценивается величиной порядка 10^-4 с.

Полупроводники являются материалами, чувствительными к изменению температуры, освещённости и других внешних параметров.

Сильная зависимость проводимости полупроводников от температуры используется при создании чувствительных термометров и устройств, предназначенных для контроля силы тока в цепи. Такие приборы – термисторы (терморезисторы) имеют малые размеры и используются, например, в биологии. Термисторы на основе германия чувствительны при низких температурах и используются вплоть до температуры жидкого гелия.

Переход электронов из валентной зоны в зону проводимости может происходить под действием света, чем обусловлено увеличение проводимости полупроводника. Это явление называют фотопроводимостью и используют для создания фоторезисторов, предназначенных для регистрации излучения. Обратные переходы электронов из зоны проводимости в валентную зону могут сопровождаться излучением квантов света и могут быть использованы для получения лазерной генерации (в твердотельных лазерах). Для измерения с большой точностью индукции магнитных полей используются датчики Холла, основанные на эффекте Холла, состоящем в возникновении поперечного электрического поля в металле или полупроводнике, по которым протекает электрический ток, при помещении их в магнитное поле, индукция которого перпендикулярна направлению тока.

Различие концентрации носителей заряда в различных материалах обусловливает ряд явлений, которые имеют место в области их контакта и находят практическое применение. В частности, p – n-переход представляет полупроводниковый диод и используется для выпрямления переменного тока, так как  обладает односторонней электрической проводимостью.  Устройства, содержащие два p – n-перехода, – биполярные транзисторы npn-типа или pnp-типа  применяются в качестве усилителей тока (включение по схеме с общим эмиттером), напряжения и мощности (включение по схеме с общей базой). Включение транзистора в цепь по схеме с общим коллектором сопровождается снижением выходного сопротивления и значительным усилением по току; входное сопротивление при этом оказывается высоким.