Przewodność elektryczna półprzewodników

Gru 2, 2014 przez

Materiały półprzewodnikowe mają oporności właściwe od 10-2 do 1010 (Q cm). Przewodność półprzewodników jest znacznie mniejsza niż przewodników metalicznych. Jest to spowodowane tym, że w półprzewodnikach elektrony są związane z atomami i mogą być swobodne tylko w określonych warunkach. Wyswobodzenie elektronów może nastąpić w .rezultacie nagrzania półprzewodnika od zewnętrznego źródła ciepła. Nagrzewanie podwyższa energię elektronów, które dzięki temu mogą przejść na wyższy poziom energetyczny, na którym mogą się przesuwać swobodnie pod wpływem przyłożonego napięcia. Taki obszar lub pasmo podwyższonej energii, w którym elektrony mogą tworzyć prąd elektryczny, nazywa się pasmem przewodności. Dla wielu półprzewodników wystarczy niezbyt wysoka temperatura, np. pokojowa, aby pewna ilość elektronów mogła przejść do pasma przewodności. Dalsze podwyższanie temperatury potęguje proces przejścia i przewodność półprzewodnika wzrasta. Przewodność, która powstaje dzięki elektronom, nazywa się przewodnością elektronową lub przewodnością typu n, ponieważ nośnikami prądu są elektrony mające ujemny ładunek elektryczny (negative). W tym przypadku elektrony, tworzące prąd elektryczny, należą do atomów samego półprzewodnika, a nie do atomów przymieszek, i dlatego taka przewodność nosi nazwę przewodności własnej. W atomie, z którego elektron przeszedł do pasma przewodności, powstał niedostatek jednego elektronu. Atomy przekształciły się w dodatnie jony, które są uwięzione w węzłach siatki krystalicznej, nie mogą się przesuwać i brać udziału w tworzeniu prądu elektrycznego. Brak elektronu w atomie nadaje mu charakter ładunku dodatniego. Miejsce brakującego elektronu może zająć elektron z sąsiedniego atomu, który nie ma niedostatku elektronów, ale w rezultacie przejścia tego elektronu w atomie sąsiednim pojawi się niedostatek. Podobny proces może mieć miejsce jednocześnie w wielu atomach. Jeśli teraz przyłożyć napięcie elektryczne, to przeskok elektronów od jednych atomów do drugich (sąsiednich) będzie miał charakter ruchu skierowanego w jednym kierunku. Powstające jednocześnie z tym dodatnio naładowane atomy będą się pojawiać w kierunku przeciwnym do ruchu elektronów. Zjawisko to można interpretować jako prąd elektryczny tworzony przez dodatnie ładunki przesuwające się w kierunku przeciwnym do ruchu elektronów. Niedostatek elektronu w atomie, jako rezultat przejścia- elektronu do pasma przewodności, nosi nazwę „dziury” (w atomie) Prąd elektryczny, powstający jako rezultat ruchu dziur, jest nazywany prądem dziurawym. Przewodność uwarunkowana prądem dziurawym nazywa się przewodnością dziurową lub przewodnością typu p, ponieważ jest wytwarzana przez ładunki dodatnie (positive) dziury. Tak więc półprzewodniki wykazują przewodność własną typu n i p, która pojawia się w określonych warunkach temperaturowych. Obniżanie temperatury zmniejsza przewodność własną, tak że przy niskich temperaturach proces przechodzenia elektronów do pasma przewodności słabnie lub nawet ustaje całkowicie. W niskich temperaturach półprzewodniki stają się dielektrykami.

Przewodność elektryczną i dziurową w półprzewodniku można wytworzyć w sposób sztuczny przez wprowadzenie różnych przymieszek. Istnieją dwa typy przymieszek. W pierwszym, w atomach wprowadzanych do półprzewodnika, elektrony walencyjne zajmują poziomy energetyczne bardzo bliskie do .pasma przewodności. Takie elektrony przechodzą do pasma przewodności przy niższych temperaturach niż w przypadku przewodności własnej. Atomy przymieszek dostarczających półprzewodnikom swobodnych elektronów nazywamy donorami. W drugim, atomy przymieszek mają własność przyłączania do siebie elektronów ponad te, które już mają. Takie atomy zabierają elektrony od atomów półprzewodników. W rezultacie powstaje w półprzewodniku niedobór elektronów, czyli dziury.

Atomy przymieszek, wytwarzających w półprzewodniku dziury, otrzymały nazwę akceptorów. W zależności od rodzaju przymieszki półprzewodnik może wykonywać przewodność elektronową lub dziurową. Wraz ze wzrostem temperatury przewodność półprzewodników wzrasta. Jeśli półprzewodnik przyłączyć do źródła prądu stałego i mierzyć jego prąd przy różnych napięciach, to można stwierdzić, że liniowa zależność pomiędzy prądem i napięciem, tak jak w przewodnikach, nie występuje. Prąd przy podwyższeniu napięcia rośnie znacznie szybciej niż napięcie.

 

Artykuł napisany we współpracy z ekspertami z http://websystem.pl

 

VN:F [1.9.22_1171]
Ocenki: 8.0/10 (1 głos)
VN:F [1.9.22_1171]
Ocenki: 0 (z 0 głosów)
Przewodność elektryczna półprzewodników, 8.0 out of 10 based on 1 rating

Podziel się!