Собственная проводимость полупроводников. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры

Собственная проводимость. При повышении температуры валентные электроны могут переходить из валентной зоны в зону проводимости, принимая участие в создании тока (РИС.). Но в валентной зоне возникают вакантные места – дырки, на которые могут переходить электроны с других уровней валентной зоны и участвовать в создании тока. Дырки – квазичастицы, несущие положительный заряд.
Собственная проводимость полупроводника складывается из двух составляющих – электронной и дырочной проводимостей.
С ростом температуры электропроводность полупроводника растёт. Число электронов, перебрасываемых в зону проводимости тепловым воздействием, согласно функции распределения электронов по энергиям

Δε ~ kT ≈ 0,025 эВ; расстояние от нижнего края зоны проводимости до уровня Ферми
т. е. ε – εF>>kT и >>1; – константа, слабо зависящая от температуры.

Концентрация электронов в зоне проводимости

n0 – константа, слабо зависящая от температуры. Концентрация носителей равна 2n (электроны и дырки).
Удельная электропроводность полупроводника, согласно формуле (45.2),

σ₀ – константа, слабо зависящая от температуры. Эта формула позволяет найти ширину запрещённой зоны ε_gэкспериментально:
Построив график lnσ(1/T) , получим прямую, наклон этой прямой

Примесная проводимость полупроводников.

а) Полупроводники n-типа (электронная проводимость)
Если в процессе изготовления монокристаллического образца кремния Si ввести фосфор P, то при образовании ковалентной связи один электрон атома фосфора не задействован (РИС.А). Это означает, что возникают дополнительные энергетические уровни вблизи дна зоны проводимости – донорные уровни. Они заселены и электроны с них могут переходить в зону проводимости и участвовать в создании тока (энергетическая диаграмма показана на РИС.Б).

(Так как для освобождения «незанятого» электрона требуется значительно меньшая энергия, чем для разрыва ковалентной связи атомов кремния, энергетический уровень εд донорной примеси располагается вблизи дна зоны проводимости.)
Расстояние от донорных уровней до дна зоны проводимости Δ ε_д» 0,1 эВ.

Носители тока в таких полупроводниках – электроны.
б) Полупроводники p-типа (дырочная проводимость)
Если в монокристалл кремния Si ввести примесь бора B, то при образовании ковалентной связи примесь может захватить четвёртый электрон (РИС.A). У потолка валентной зоны появляются энергетические уровни, не занятые электронами, – акцепторные уровни. Так как расстояние Δε_а от потолка валентной зоны до акцепторных уровней невелико, электроны из валентной зоны могут переходить на акцепторные уровни, оставляя в валентной зоне дырки (энергетическая диаграмма показана на РИС.Б).
Носители тока в таких полупроводниках – дырки.