Собственный полупроводник - Intrinsic semiconductor

Внутренняя (чистый) полупроводника , также называемый нелегированного полупроводника или I-типа проводимости , является чистым полупроводника без какого - либо значительного легирующие видов настоящее время . Таким образом, количество носителей заряда определяется свойствами самого материала, а не количеством примесей. В собственных полупроводниках количество возбужденных электронов и количество дырок равны: n = p. Это может иметь место даже после легирования полупроводника, но только если он легирован как донорами, так и акцепторами в равной степени. В этом случае n = p по-прежнему сохраняется, и полупроводник остается собственным, хотя и легированным.

Электропроводность собственных полупроводников может быть связано с кристаллографических дефектов или электронного возбуждения . В собственном полупроводнике количество электронов в зоне проводимости равно количеству дырок в валентной зоне . Примером является Hg
0,8
Компакт диск
0,2
Т. е. При
комнатной температуре.

Непрямой запрещенной зоны собственный полупроводник является тот , в котором максимальная энергия валентной зоны происходит при разных к ( к-пространства волнового вектора ) , чем минимальная энергия зоны проводимости. Примеры включают кремний и германий . Прямой запрещенной зоны собственный полупроводник является тот , где максимальная энергия валентной зоны происходит в такой же , как минимальная энергия зоны проводимости. Примеры включают арсенид галлия .

Кристалл кремния отличается от изолятора, потому что при любой температуре выше абсолютного нуля существует ненулевая вероятность того, что электрон в решетке будет выбит со своего места, оставив после себя дефицит электронов, называемый «дыркой». Если приложено напряжение, то и электрон, и дырка могут способствовать протеканию небольшого тока.

Проводимость полупроводника можно моделировать в рамках зонной теории твердых тел. Зонная модель полупроводника предполагает, что при обычных температурах существует конечная вероятность того, что электроны могут достичь зоны проводимости и внести свой вклад в электрическую проводимость.

Термин «внутренний» здесь различает свойства чистого «собственного» кремния и резко отличающиеся свойства легированных полупроводников n-типа или p-типа.

Электроны и дырки

В собственном полупроводнике, таком как кремний, при температурах выше абсолютного нуля будут некоторые электроны, которые возбуждаются через запрещенную зону в зону проводимости и могут поддерживать протекание заряда. Когда электрон в чистом кремнии пересекает зазор, он оставляет после себя электронную вакансию или «дырку» в регулярной решетке кремния. Под действием внешнего напряжения и электрон, и дырка могут перемещаться по материалу. В п-типа полупроводника , то легирующей примеси способствует дополнительные электроны, значительно увеличивая проводимость. В полупроводнике p-типа легирующая добавка создает дополнительные вакансии или дырки, которые также увеличивают проводимость. Однако именно поведение pn перехода является ключом к огромному разнообразию твердотельных электронных устройств.

Полупроводниковый ток

Ток, который будет течь в собственном полупроводнике, состоит как из электронного, так и из дырочного тока. То есть электроны, которые были освобождены из своих положений решетки в зону проводимости, могут перемещаться через материал. Кроме того, другие электроны могут прыгать между положениями решетки, чтобы заполнить вакансии, оставленные освобожденными электронами. Этот дополнительный механизм называется дырочной проводимостью, потому что он как будто мигрирует через материал в направлении, противоположном движению свободных электронов. На протекание тока в собственном полупроводнике влияет плотность энергетических состояний, которая, в свою очередь, влияет на плотность электронов в зоне проводимости. Этот ток сильно зависит от температуры.

использованная литература

  • Зе, Саймон М. (1981). Физика полупроводниковых приборов (2-е изд.) . Джон Уайли и сыновья (WIE). ISBN 0-471-05661-8.
  • Киттель, гл. (2004). Введение в физику твердого тела . Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-41526-X.

Смотрите также