ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые сведения из физики полупроводников из "Фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии" Характерные электрофизические свойства полупроводника-умеренное по сравнению с металлом значение электропроводности и положительный ее температурный коэффициент-определяются, как уже отмечено выше, существованием в электронном спектре полупроводника зоны запрещенных состояний (или энергетической щели) между верхней заполненной и следующей незаполненной зоной (подробнее о физике полупроводников см. [12] сжатое ее изложение можно найти в [1, гл. 1 ]). Согласно зонной теории, твердое тело характеризуется единым электронным спектром, в котором каждый электрон принадлежит всему телу, а не отдельной химической связи. Зонная энергетическая диаграмма той части этого спектра, которая определяет электрические и оптические характеристики полупроводника в шстересующем нас диапазоне электрических напряжений и частот электромагнитного излучения, изображена на рис. 2. Здесь и потолок валентной зоны и дно зоны проводимости соответственно. Разность Е — Е = ширина запрещенной зоны. [c.16] Равновесное поведение электронной системы твердого тела описывается с помощью электрохимического потенциала электронов, называемого уровнем Ферми, F. По физическому смыслу электрохимический потенциал есть приращение энергии Гиббса системы при добавлении к ней одного электрона (при постоянных давлении и температуре). [c.16] Обычно проводники с шириной запрещенной зоны до 3 эВ относят к полупроводникам, свыше 3 эВ-к изоляторам. Это разделение весьма условно, так как уже при 1 эВ собственная проводимость настолько низка, что для практических целей необходимо вводить специальные примеси, создаюпдие дополнительную-так называемую примесную-проводимость. В этом случае свободные носители возникают в результате ионизации атомов примеси примеси донорного типа О поставляют электроны в зону проводимости, а примеси акцепторного типа А захватывают валентный электрон с образованием дырки в валентной зоне. Оба этих процесса схематически показаны на рис. 2. Существенно, что энергия ионизации специально выбираемых для утсазанной цели примесей, Е — Е и Е/ — Е , составляет сотые доли электрон-вольта, т. е. она меньше средней тепловой энергии электронов в кристалле при комнатной температуре, кТ/е = 25 мэБ (А -константа Больцмана е-аб-солютная величина заряда электрона). Поэтому уже при комнатной температуре эти примеси полностью ионизированы, так что практически о Ро А ( о и ЛГд-концентрации введенных доноров и акцепторов и и А-их энергии соответственно). [c.17] Приведем некоторые количественные соотношения, связывающие между собой значения ро и F [1, глава 1 12]. [c.18] В полупроводнике с примесной проводимостью произведение концентраций свободных носителей по-прежнему является постоянной (при заданной температуре) величиной. Но так как одна из этих концентраций жестко задана через или то вторая подстраивается к первой, см. уравнение (1.2). При этом в полупроводнике с добавкой примеси-донора (полупроводник и-типа) концентрация электронов проводимости оказывается много выше концентрации дырок (Ид Ро) электроны вносят определяющий вклад в проводимость и потому называются основньпии носителями, а дырки являются неосновными носителями. В полупроводнике с акцепторной примесью, наоборот, основные носители-дырки, неосновные-электроны Ро а Ио. [c.18] Вернуться к основной статье