Изучение электрической схем

Электропроводность полупроводников. Полупроводник, не содержащий примесей, в нормальных условиях обладает так называемой собственной проводимостью или проводимостью типа i. Собственная проводимость обусловлена генерацией пар "электрон-дырка" . Если концентрация электронов в зоне проводимости – n_i , а дырок в валентной зоне – p_i и n_i = p_i,то собственная проводимость полупроводника:

σ_i = n_i е (μ_n + μ_p) (6)
В примесном полупроводнике np, поэтому электропроводность выражается следующей формулой:
σ = е (μ_nn + μ_pp) (7)

Воздействие внешних факторов на электропроводность полупроводников. Влияние температуры на электропроводность полупроводников. В широком диапазоне температур и для различного содержания примесей имеют место температурные зависимости концентрации носителей заряда в полупроводнике n-типа, изображенные на рис. 6.

Рис.6. Типичные зависимости концентрации носителей заряда в полупроводнике от температуры при различной концентрации донорной примеси
В области низких температур участок нижней ломаной между точками, а и б характеризует только концентрацию носителей, обусловленную примесями. Наклон прямой на этом участке определяется энергией активации примесей. С увеличением температуры число носителей, поставляемых примесями, возрастает, пока не истощатся электронные ресурсы примесных атомов (точка б). На участке б – в примеси уже истощены, перехода электронов через запрещенную зону еще не обнаруживается. Участок кривой с постоянной концентрацией носителей заряда называют областью истощения примесей. В дальнейшем температура настолько велика, что начинается быстрый рост концентрации носителей вследствие перехода электронов через запрещенную зону (участок в – и). Наклон этого участка характеризует ширину запрещенной зоны полупроводника. Угол наклона участка, а – б зависит от концентрации примесей.
Вторая компонента, обуславливающая электропроводность полупроводников – подвижность носителей заряда. При повышении температуры энергия электронов, а, следовательно, и подвижность увеличивается. Но, начиная с некоторой температуры Т усиливаются колебания узлов кристаллической решетки полупроводника, которые мешают перемещению свободных носителей зарядов. Следовательно, их подвижность падает (рис.7.).

Рис.7. Зависимость подвижности носителей заряда в полупроводниках от температуры.

Рассмотрев влияние температуры на концентрацию и подвижность носителей заряда, можно представить и характер изменения удельной проводимости при изменении температуры (рис.8). В ПП с атомной и ионной кристаллической решеткой подвижность меняется при изменении температуры сравнительно слабо (по степенному закону), а концентрации – очень сильно (по экспоненциальному). Поэтому температурная зависимость удельной проводимости похожа на температурную зависимость концентрации. В области истощения (концентрация постоянна) изменение удельной проводимости обусловлено температурной зависимостью подвижности (рис.3.8).

При Т=0К электроны не обладают подвижностью, поэтому ПП становятся диэлектриками.



Рис.8. Кривые зависимости удельной проводимости полупроводников от температуры при различных концентрациях примеси (N_Д1>N_Д2>N_Д3).

Влияние деформации на электропроводность полупроводника. Электропроводность твердых кристаллических тел изменяется от деформации вследствие увеличения или уменьшения межатомных расстояний, приводящего к изменению концентрации и подвижности носителей зарядов. Подвижность носителей изменяется из-за изменения амплитуды колебания узлов кристаллической решетки при их сближении или удалении.

Величиной, численно характеризующей изменение удельной проводимости полупроводников при определенном виде деформации, является тензочувствительность:
(8)
которая представляет собой отношение относительного изменения удельного сопротивления полупроводника к относительной деформации в данном направлении.

Влияние света на электропроводность полупроводника. Световая энергия, поглощаемая полупроводником, вызывает появление в нем избыточного (по сравнению с равновесным при данной температуре) количества носителей зарядов, приводящего к возрастанию электропроводности.