Собственный полупроводник - Intrinsic semiconductor
An собственный (чистый) полупроводник, также называемый нелегированный полупроводник или же полупроводник i-типа, это чистый полупроводник без каких-либо значительных присадка вид присутствует. Количество носители заряда поэтому определяется свойствами самого материала, а не количеством примесей. В собственных полупроводниках количество в восторге электронов и количество дыры равны: n = p. Это может иметь место даже после легирования полупроводника, но только если он в равной степени легирован как донорами, так и акцепторами. В этом случае n = p по-прежнему сохраняется, и полупроводник остается собственным, хотя и легированным.
В электрическая проводимость собственных полупроводников может быть связано с кристаллографические дефекты или же электронное возбуждение. В собственном полупроводнике количество электроны в зона проводимости равно количеству отверстий в валентная полоса. Примером является Hg
0.8CD
0.2Te при комнатной температуре.
An непрямая запрещенная зона Собственный полупроводник - это полупроводник, в котором максимальная энергия валентной зоны возникает при другом k (k-пространственный волновой вектор ), чем минимальная энергия зоны проводимости. Примеры включают кремний и германий.A прямая запрещенная зона Собственный полупроводник - это полупроводник, в котором максимальная энергия валентной зоны совпадает с минимальной энергией 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 смоделировать 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 абсолютный ноль, 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 как электрон, так и дырка могут перемещаться по материалу. В полупроводник n-типа, то присадка вносит дополнительные электроны, резко увеличивая проводимость. В полупроводник p-типа, добавка создает дополнительные вакансии или дырки, которые также увеличивают проводимость. Однако это поведение p-n переход что является ключом к огромному разнообразию твердотельных электронных устройств.
Полупроводниковый ток
Ток, который будет протекать 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 по материалу в направлении, противоположном движению свободных электронов. На протекание тока в собственном полупроводнике влияет плотность энергетических состояний, которая, в свою очередь, влияет на электронная плотность в зоне проводимости. Этот ток сильно зависит от температуры.
Рекомендации
- 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.