Лекция №1. Физические основы полупроводниковых приборов. План

Электрон, как известно, является носителем элементарного отрицательного заряда. При разрыве парноэлектронной связи электрон отрывается от атома, после чего одна связь в атоме оказывается незаполненной - свободной.
Незаполненная электронная связь в кристаллической решетке полупроводника называется дыркой. Дырка обладает положительным зарядом, по абсолютной величине равным заряду электрона, и, следовательно, является носителем положительного заряда.
Дырка может быть заполнена электроном, оторвавшимся от соседнего атома. Процесс заполнения электроном дырки называется рекомбинацией. При этом в соседнем атоме на месте ушедшего электрона образуется новая дырка.
В обычных условиях, т.е. при комнатной температуре, процесс возникновения пары электрон - дырка и рекомбинация происходят непрерывно. В результате устанавливается динамическое равновесие, при котором в чистом полупроводнике концентрация электронов равна концентрации дырок.
Наличие носителей зарядов в полупроводнике объясняет его проводимость. Проводимость чистого полупроводника, обусловленная электронами и дырками, возникающими только в результате разрыва парноэлектронных связей, называется собственной проводимостью.

Рис.1.1. Энергетическая диаграмма металла (а), полупроводника (б) и диэлектрика (в)

В зависимости от электронной структуры атома и строения кристаллической решётки между соседними зонами разрешённых уровней энергии либо может сохраниться запрещённая зона, либо её может и не быть. Эти две вероятности, а также ширина запрещённой зоны определяют три класса кристаллических тел: проводники, диэлектрики и п/п. В металлах электрическая диаграмма (1.1., а) представляет собой непрерывный спектр разрешённых значений энергии, а в п/п и диэлектриках – прерывистый (1.1. б, в). В п/п и диэлектриках зоны разрешённых значений энергии отделены запрещённой зоной энергии . На энергетических диаграммах можно выделить две характерные зоны разрешённых значений энергии: нижнюю (заполненную), или валентную, зону и верхнюю (свободную), или зону проводимости. В металлах зона проводимости непосредственно примыкает к валентной зоне. Величина определяет энергию в электрон-вольтах. Ширина запрещённой зоны кристаллических твёрдых тел, относящихся к п/п, не превышает 3эВ. Их электрическая проводимость возникает при температуре выше 80-100К. диэлектрики отличаются от п/п более широкой запрещённой зоной. У них эВ и может достигать 6-10 эВ. В связи с этим проводимость диэлектриков мала и становиться заметной лишь при температуре не ниже 400-800⁰С или сильных электрических полях (пробой). Направленное движение носителей заряда под воздействием электрического поля называют дрейфом (дрейфовое движение), а под воздействием разности концентраций носителей заряда – диффузией. В зависимости от характера движения носителей заряда различают соответственно дрейфовый и диффузионный токи в п/п, а в зависимости от типа носителей заряда – электронные и дырочные составляющие этих токов.