Проводимость полупроводников

Электропроводимость металлов выше Ю Ом -см , диэлектриков ниже 10 Ом -см- (при 298 К), проводимость полупроводников лежит между этими значениями. Однако главное отличие полупроводников от металлов состоит не в количественной оценке электропроводности, а в характере зависимости проводимости от температуры (рис. 4.19). Температурная зависимость проводимости металлов определяется временем свободного пробега электронов. С повышением температуры тепловые колебания атомов в узлах кристаллической решетки усиливаются, что приводит к увеличению взаимодействия их с электронами и к понижению проводимости. [c.187]

Рис. 4.17. Схема, характеризующая механизм собственной проводимости полупроводника

Опыт 304, Влияние температуры на электрическую проводимость полупроводника (термистор) [c.167]

С ростом температуры электрическая проводимость полупроводников в отличие от металлов резко возрастает за счет увеличения концентрации носителей тока. При повышении температуры возрастание количества электронов, перешедших в зону проводимости, подчиняется экспоненциальному закону, аналогичному уравнению Аррениуса для скорости химической реакции [c.310]

В качестве иллюстрации того, как внешние факторы влияют на электрическую проводимость полупроводников, приведем следующие данные. Селеновый полупроводник при глубоком охлаждении становится изолятором его электрическая проводимость уменьшается в миллиарды раз (I млрд = Ю ). Вообще все полупроводники при температурах, близких 0° К, становятся диэлектриками. С повышением температуры у них электрическая проводимость повышается. В этом отношении полупроводники отличаются от металлов, у которых электрическая проводимость при нагревании понижается. [c.452]

Дефекты структур кристаллов также влияют на электрическую проводимость полупроводников, обычно вызывая дырочную проводимость. В зависимости от преобладания того или иного вида проводимости различают полупроводники /г-типа и полупроводники р-типа. [c.118]

Особое место среди электропроводящих материалов занимают так называемые полупроводники. При низких температурах они характеризуются очень низкой электрической проводимостью, близкой к таковой диэлектриков — типичных представителей изоляторов. С повышением температуры их электрическая проводимость сильно (по экспоненциальной зависимости) повыщается, приближаясь к таковой металлов — типичных представителей проводников электрического тока. Кроме того, электрическая проводимость полупроводников сильно зависит от внешнего воздействия (давления, освещенности, наличия электрического и магнитного полей и т. п.), а также от содержания примесей и дефектов в кристаллах. Возможность в широких пределах управлять электрической проводимостью полупроводников изменением температуры, введением примесей, механическим воздействием, действием света, а также электрического и магнитного полей положена в основу их разнообразного применения. Их используют при изготовлении всевозможных диодов, транзисторов, тиристоров, фото- и термоэлектронных приборов, в качестве лазерных материалов и т. д. (см. разд. 1.22). [c.261]

Особыми свойствами, отличающими их как от металлов, так и от изоляторов, обладают полупроводники. При низких температурах их электрическое сопротивление весьма велико и в этих условиях они проявляют свойства изоляторов. Однако при нагревании или при освещении электрическая проводимость полупроводников резко возрастает и может достигать величин, сравнимых с проводимостью металлов. [c.635]

Рис. 68. Зонная схема собственной проводимости полупроводника

В механизме проводимости полупроводников важную роль играют примеси к основному веществу, даже при очень малом их содержании. Если химическая природа примесей и их размещение в кристалле таковы, что в результате теплового движения от ИХ атомов могут отщепляться некоторые валентные электроны [c.146]

Шокли в качестве иллюстрации предложил рассматривать двухэтажный гараж. Пусть нижний этаж целиком заполнен автомобилями, а верхний совершенно свободен. В этом случае автомобили не обладают подвижностью в обоих этажах. Пусть один автомобиль перейдет из нижнего в верхний этаж. Возникнет возможность перемещения автомобиля на обоих этажах. При этом движение автомобилей на нижнем этаже рационально описывать как движение дырки (места, где нет автомобиля), хотя двигаются, конечно, автомобили. Движение дырки будет фиксироваться в эффекте Холла как движение положительного заряда. Действительно, устойчивых положительных частиц с массой электрона не существует. Таким образом, у полупроводников с собственной проводимостью имеется как обычная (электронная), так и дырочная проводимость. Вышеизложенное объясняет возрастание проводимости полупроводников с повышением температуры. С ростом температуры увеличивается число электронов, перешедших в верхнюю зону, что и приводит к увеличению электропроводности. [c.517]

Полупроводники обладают свойством пропускать электрический ток при условии, что они получают извне сравнительно небольшую энергию, необходимую для возбуждения электронов из нижней заполненной валентной зоны в верхнюю пустую зону проводимости. Поскольку при повышении температуры число возбуждаемых электронов возрастает, проводимость полупроводника увеличивается с температурой. Это свойство полупроводников совершенно противоположно поведению металлов при повышении температуры. [c.631]

Рассмотренное строение двойного слоя характерно для собственных полупроводников, в которых нет ни объемных примесей (добавок), ни так называемых поверхностных состояний, обусловленных чаще всего адсорбцией чужеродных атомов. Часто полупроводник в качестве примеси содержит атомы такого вещества, благодаря которому резко увеличивается число свободных электронов п. Такие добавки называются донорами электронов. Для германия такой добавкой служит мышьяк. Поскольку произведение пр в присутствии доноров электронов остается постоянным [уравнение (28.3)1, то увеличение п приводит к соответствующему уменьшению числа дырок р--=К 1п. Поэтому проводимость таких примесных полупроводников п-типа осуществляется в основном за счет свободных электронов в зоне проводимости. Если же атомы примеси резко увеличивают число дырок в валентной зоне, то растет дырочная проводимость и соответственно уменьшается число свободных электронов п = Кз/р- Такого рода примеси называются акцепторами электронов, а полупроводники с дырочной проводимостью — полупроводниками /7-типа. Акцепторами электрона для германия служат атомы галлия. В присутствии примесей соотношение (28.2) в объеме полупроводника уже не остается справедливым. Вместо него следует записать [c.141]

Электронная теория предсказывает два вида взаимосвязи между изменением электропроводности полупроводника и изменением его каталитической активности. При акцепторной реакции на п-полу-проводнике (или донорной реакции на р-полупроводнике) связь между проводимостью полупроводника и его каталитической активностью должна быть прямая. При донорной реакции на п-полупроводнике (или акцепторной реакции на р-полупроводнике) эта связь обратная. [c.457]

В механизме проводимости полупроводников важную роль играют примеси, даже при очень малом их содержании. В зависимости от химической природы атомов примесей, их валентности и характера размещения в кристалле, в полупроводнике может возникнуть избыток свободных электронов или дырок и в соответствии с этим будет преобладать электронная или дырочная проводимость. Добавляя к кристаллу примесные атомы элементов пятой группы периодической системы (мышьяк, сурьму, фосфор), можно получить полупроводник с преобладающей электронной проводимостью. Рассмотрим, например, кристалл германия, в котором один из атомов замещен атомом фосфора. [c.95]

Такие типичные полупроводники, как кремний и германий, уже при комнатной температуре обладают некоторой проводимостью, хотя она приблизительно в 10 раз меньше, чем у металлов. Хотя при нагревании увеличиваются тепловые колебания ядер атомов, но этот эффект с избытком компенсируется увеличением количества электронов в зоне проводимости. Таким образом, в противоположность металлам проводимость полупроводников растет с повышением температуры. Электроны преодолевают запрещенную зону не только при тепловом воздействии, но и при облучении светом определенной длины волны. Такое явление называется фотопроводимостью. [c.203]

Таким образом, удельная проводимость твердого тела равна произведению следующих величин заряда электрона, концентрации носителей заряда и их подвижности. Известно, что удельная проводимость полупроводников меньше удельной проводимости металлов. Из равенства (88) видно, что у полупроводников должна быть либо меньшая концентрация носителей п, либо мала их подвижность и. Для определения концентрации носителей заряда существует несколько методов, но наиболее широкое распространение получил метод, основанный на эффекте Холла. [c.122]

Электрические свойства большинства полупроводящих веществ объясняются тем, что число электронов в кристаллической решетке не равно числу дырок. Такое состояние достигается введением примесей легированием). Примесь, атомы которой в кристаллической решетке основного вещества отдают электроны, называется донорной. У полупроводников с донор-ными примесями пЗ>р, и они относятся к полупроводникам п-типа, т. е. с электронной проводимостью. Примесь, атомы которой захватывают электроны от атомов основного вещества, называется акцепторной. У полупроводников с акцепторными примесями р п, и они являются полупроводниками р-типа с дырочной проводимостью. Характер проводимости, достигаемый легированием, можно предсказать сравнением обычных валентных состояний атомов примеси и основного вещества. Если валентность атомов примеси выше валентности основного вещества, то атомы примеси отдают электроны, л>р и примесь донор-ная. Если же валентность атомов примеси ниже, то ее атомы захватывают электроны, р >п и примесь акцепторная. Легирование всегда повышает проводимость полупроводника. [c.186]

Число носителей тока п, т. е. число электронов в зоне проводимости полупроводника, экспоненциально возрастает с уменьшением ширины запрещенной зоны и с повышением температуры. [c.189]

Выполнение. Показать, что при замкнутой цепи стрелка гальванометра слабо отклоняется. Если теперь нагреть термистор пламенем спиртовки или спичкой (осторожно ), стрелка гальванометра сильно отклоняется — наблюдается увеличение силы тока в связи с увеличением электрической проводимости полупроводника при повышении температуры. [c.167]

Все или большая часть валентных электронов металла образуют ненасыщенные химические связи (см. 7). В этом смысле валентные электроны металла подобны электронам в зоне проводимости полупроводника и отсюда понятно, что большинство металлов по данным эффекта Холла обладают электропроводностью/г типа. Поэтому, электрохимический потенциал электронов в металле может быть записан следующим образом [c.169]

Проводимость полупроводников может быть обусловлена нарушением идеальной периодичности кристаллической решетки, например, за счет примесных атомов постороннего вещества, у которого зона проводимости совпадает с запрещенной зоной основного вещества. При этом если атомы примеси отдают свои электроны, то они попадают только в зону проводимости (рис. П1.35, а). Примеси такого типа называются донорами, а сам кристалл называется полупроводником /г-типа. Когда атомы примеси обладают электроно-акцептор-ными свойствами, они захватывают электроны из заполненной зоны, где образуются пустые места, или дырки, куда и попадают электроны проводимости (рис. П1.35, б). Такое вещество называется полупроводником дырочного, или р-типа. [c.203]

Если кристалл полупроводника не содержит каких-либо примесей, то количество образовавшихся дырок равно количеству освободившихся электронов. Проводимость, возникшая в этих условиях, называется собственной проводимостью полупроводника. [c.95]

У диэлектриков эта величина обычно не превосходит 10" ом -см Величина же электрической проводимости полупроводников (в зави симости от условий их работы) может быть самой разнообраз ной, лежащей в широких границах 10 -i- 10 ом -см , т. е может изменяться в миллионы раз. Вообще следует отметить, что резкую грань между указанными тремя классами веществ (проводники, полупроводники, изоляторы) провести нельзя. [c.452]

Рис. ХХ-2. Схема возникновения дырочной проводимости полупроводника

Электрическая проводимость полупроводника, обусловливаемая перемещением дырок, называется дырочной . [c.456]

Наряду с собственными большое распространение получили также полупроводники примесного типа. В них основное число переносчиков тока — электронов или дырок — поставляют введенные в собственный полупроводник специальные примеси, энергетические уровни которых располагаются между валентными зонами и зонами проводимости полупроводника. Так, при введении в кристалл германия так называемых донорных примесей, как, например, фосфора, мышьяка, сурьмы, электроны последних переходят в зону проводимости полупроводника, резко увеличивая в ней число электронов — переносчиков тока (п-про-водимость). При добавлении к германию акцепторных примесей типа бора, алюминия, индия электроны валентной зоны полупроводника переходят на свободные уровни зоны примесей, что увеличивает число дырок (р-проводимость) в валентной зоне. [c.77]

При О К полупроводники представляют собой типичные диэлектрики, так как их зона проводимости пуста. При нагревании их проводимость растет, так как все большее число электронов перебрасывается в зону проводимости. Температурная зависимость электрической проводимости полупроводников обратна аналогичной зависимости для металлов. [c.77]

Сэ — термодинамическая концентрация электронов в зоне проводимости полупроводника [c.7]

Оэ, (Тд удельная проводимость полупроводников с электропроводностью п п р типа [c.8]

Концентрация свободных электронов в зоне проводимости полупроводников обычно от 10 до lO раз меньше концентрации валентных электронов (см. 8). Отсюда следует, что нулевая кинетическая энергия электронов в зоне проводимости чрезвычайно мала ( к 10" —10" 5в) и рассчитанная по этим значениям длина волны X много больше, чем у металлов. [c.118]

Поверхностная концентрацн5[ частнц Са здесь будет совпадать с объемной концентрацией с, - В уравнение (17.137) в отл[1чие от аналогичных уравнений для металлических электродов входит концентрация электронов вблизи поверхности раздела, так как их число в зоне проводимости полупроводника ограничено. Величина зависит от потенциала в зоне объемного заряда полупроводника [c.378]

Полупроводимость возрастает или убывает, если при адсорбции образуются или соответственно уничтожаются носители зарядов. Так, водород (донор) понижает проводимость полупроводников р-типа (N 0, СГ2О3) и повышает проводимость полупроводников п-типа (2пО, 5г) [68], в то время как кислород (акцептор) производит противоположное действие [69]. [c.30]

В полупроводниках с ковалентной химической связью появление электрона в зоне проводимости одновременно создает его вакансию в валентной зоне. Данная вакансия на конкретной молекулярной орбитали может заполняться электронами других занятых близлежащих МО. Такой переход электронов внутри валентной зоны как бы создает движение вакансии с одной МО на другую МО. Такие вакансии называются дырками. Поэтому электрический ток в полупроводнике определяется движением электронов в зоне проводимости и движением электронов в валентной зоне. В первом случае электроны переходят на незанятые МО, во втором — на частично занятые МО. В силу того, что энергии МО в зоне проводимости и валентной зоне отличаются, то и подвижности электронов в этих зонах также отличаются. Движение электронов в валентной зоне часто описывают как движение дырок, но в противоположном направлении. В электрическом поле такие дырки ведут себя как положительные электрические заряды. Проводимость полупроводника определяется как сумма его электронной и. дырочной проводимости. Это значит, что перенос тока в полупроводниках может осуществляться как электронами зоны проводимости (п-проводимость, от латинского negative — отрицательный), так и дырками валентной зоны (р-проводи.мость, от латинского positive — положительный). [c.636]

Однако реальные полупроводники всегда имеют примеси, которые существенно влияют на характер электрической проводимости, в этом случае называемой примесной. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют на валентной электронной оболочке большее число электронов, чем их число на валентной электронной оболочке атома основного элемента полупроводника. Например, примеси атомов элементов V или VI главных подгрупп периодической системы в кристаллической решетке кремния (IV главная подгруппа) будут донорными. В зонной структуре полупроводника появляются дополнительные электроны проводимости. Если атом примеси содержит меньше валентных электронов, чем атом основного элемента, то полупроводник содержит в валентной зоне дополнительные свободные МО, на которые могут переходить валентные электроны. Такие примеси называются акцепторными, они приводят к появлению дополнительных дырок проводимости. По отношению к кремнию такими примесями будут элементы III главной подгруппы. Полупроводники с преобладающим содержанием донорных примесей называются полупроводниками с электронной проводимостью или п-типа. Если же преобладают примеси акцепторные, то полупроводники называются полупроводниками с дырочной проводимостью или р-типа. Для получения примесных полупроводников полупроводники, полученные специальными кристаллофизическими методами в сверхчистом состоянии, легируются элементами акцепторами или донорами электронов в микродозах, не превышающих 10 %. Примеси резко изменяют собственную электрическую проводимость полупроводников, поскольку количество носителей заряда, поставляемых ими обычно больше, чем их число в чистом полу-прово,цнике. Так, чистый кремний имеет удельное электрическое сопротивление электронной проводимости около 150-10 Ом-м, дырочной проводимости в.4 раза, электронной проводимости после легирования фосфором и дырочной проводимости после легирования бором — в 20 раз меньше. [c.636]

Суш,есгвенное отличие полупроводников от металлов состоит в том, что с повышением температуры проводимость полупроводников возрастает, в то время как проводимость металлов при нагревании медленно убывает. [c.94]

Проводимость, связанная с наличием примесей, называется при-жсной проводимостью полупроводника. [c.95]

Таким образом, электрическая проводимость полупроводника, содержащего донорную примесь, будет электронной (отрицательной). Такие полупроводники относят к /г-типу, илн к негативным (от лат. negativus — отрицательный). [c.457]

Органические полупроводники. К полупроводникам относят вещества, электрическая проводимость которых лежит в пределах 10 —10 Ом -см . Электрическая проводимость полупроводников возрастает с увеличением температуры и при воздействии света. Некоторые полимеры обладают полупроводниковыми свойствами. Обычно это полимеры с системой сопряженных двойных связей. Полупроводниковые свойства таких полимеров обусловлены наличием делокализованных я-элек-тронов сопряженных двойных связей. [c.362]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология