Однако прирост этих носителей заряда ничтожно мал по отношению к концентрации свободных электронов, имеющихся в металлах уже при Т = О °К. Поэтому изменение сопротивления металлов при повышении температуры определяется коэффициен­том трения, который при нагревании увеличивается, уменьшая подвижность электронов.

Таким образом, у полупроводников сопротивление, как правило, уменьшается, а у металлов увеличивается с ростом температуры, поскольку изменение сопротивления в полупроводниках связано главным образом с концентрацией носителей заряда, а в металлах — с их подвижностью.

  1. Падение сопротивления при освещении также связано с увеличением количества свободных носителей заряда. При любой температуре электрон валентной зоны может поглотить квант света и перейти в зону проводимости. Возникает пара электрон — дырка. При температурах ниже области примесного истощения в н-типе электроны, находящиеся на донорах, также могут поглощать кван­ты света и переходить в с-зону; в p-типе электроны могут перехо­дить из и-зоны на уровни акцепторов. При таких переходах возни­кает один носитель заряда и один атом примеси ионизуется. Во всех случаях проводимость X возрастает. Это явление называется фото­проводимостью (ФП). Фотопроводимость называется собственной, если свет генерирует электронно-дырочные пары, и примесной, если электроны возбуждаются с уровней доноров или на уровни акцепторов. Явление фотопроводимости аналогично фотоэффекту, поэтому его часто называют внутренним фотоэффектом (слово «внутренний» подчеркивает, что электроны не покидают кристалл). Так же как обычный фотоэффект, фотопроводимость имеет красную границу. Частота v0, соответствующая красной границе, опреде­ляется соотношением hv0= Egдля собственной фотопроводимости и hv0= eld(или hv0= e
  2. Небольшое количество примесей определенного сорта очень сильно влияет на сопротивление полупроводника, поскольку в области примесной проводимости число свободных носителей заряда и тип проводимости определяются количеством доноров и акцепто­ров. Эта важнейшая особенность полупроводников лежит в основе их широкого использования в технике.

Внутренний фотоэффект возможен и в металлах. Однако он не сопровождается заметной фотопроводимостью, так как относитель­ный прирост концентрации носителей заряда за счет этого эффекта ничтожен.

Полупроводниковые кристаллы получают выращиванием из расплава. Если в расплав чистого полупроводника добавлять в определенных количествах те или иные примеси, то будут полу­чаться образцы данного полупроводника, различные по типу про­водимости и величине удельного сопротивления.

Лишение проводимости можно менять в очень широких преде­лах. Максимальное удельное сопротивление имеют чистые (не со­держащие примесей) образцы. При наличии примесей в образце его сопротивление при той же температуре уменьшается. Чем боль­ше концентрация примесей Ndили Na, тем меньше сопротивление. Однако следует учесть, что по мере увеличения концентрации при­месей среднее расстояние между примесными атомами уменьшается и они начинают взаимодействовать между собой. При этом действие примесей становится иным и кристалл начинает постепенно утра­чивать полупроводниковые свойства. Максимально допустимая концентрация, при которой влиянием взаимодействия примесных атомов еще можно пренебречь, и определяет то минимальное со­противление, которое может иметь полупроводник в области при­месного истощения.

Рассмотрим пример. Собственная концентрация носителей за­ряда в германии Geпри комнатной температуре равна примерно 1013 в 1 см3. Максимально допустимая концентрация примесей составляет 1018 — 1019 в 1 см3. При комнатной температуре обычно используемые в Geпримеси уже ионизованы. Поэтому концентра­ция носителей заряда будет совпадать с концентрацией примесей, если последняя больше, чем 1013 в 1 см3. Таким образом, примеси меняют концентрацию в 105—106 раз. Примерно во столько же раз меняется и сопротивление.

Заметим, что у образцов германия с концентрацией примесей, равной 10 атомов в 1 см3,сопротивление примерно в сто раз мень­ше, чем у чистых образцов. Следовательно, введение всего лишь одного атома примеси на сто миллионов атомов германия (1023 : 1015) уменьшает удельное сопротивление в сто раз.

Можно создавать полупроводниковые кристаллы, неоднородные по своим свойствам. Если концентрация примесей в различных об­ластях кристалла различна, то сопротивление такого кристалла меняется от точки к точке. Можно получить образцы с электронной проводимостью в одних участках и дырочной в других. Область, где соприкасаются участки с различным типом проводимости, полу­чила название р — я-перехода. Основная особенность неоднород­ных образцов состоит в том, что они не подчиняются закону Ома, в частности, сопротивление таких образцов различно при разных направлениях тока. Свойства полупроводника, содержащего р — я- переходы, положены в основу наиболее распространенных сейчас полупроводниковых приборов: кристаллических диодов и триодов.

Таким образом, все основные особенности полупроводников свя­заны с тем, что количество свободных носителей заряда в них очень мало по сравнению с металлом. Поэтому различные внешние факторы (примеси, температура, свет) оказывают сильное влияние на концентрацию носителей заряда и тем самым на электрические свойства полупроводников.

Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top