In cazul unui ideal electronilor de conducție de cristal cu zăbrele nu vor fi testate în timpul mișcării sale cu nici o rezistență, și conductivitatea electrică a metalelor ar fi infinit de mare. Cu toate acestea, rețeaua cristalină nu este niciodată perfectă. Violarea periodicității strict al grilajului se datorează prezenței impurităților sau a posturilor vacante, iar vibrațiile termice ale rețelei. Împrăștierea electronilor la atomii de impuritate și ionii oscilant determină rezistență electrică a metalelor.
Experiența arată că rezistența conductorilor metalici crește liniar cu temperatură într-o primă aproximație, conform legii:
R = Ro (1 + α t), sau R = α Ro T;
Unde t - temperatura în grade Celsius, T - temperatura absolută, R0 (po) - rezistența (rezistivitate) la temperatura Celsius la zero, α - coeficientul de temperatură al rezistenței.
Pentru coeficientul de temperatură al rezistenței metal pur
α = 0,004 K -1. Figura 1 prezintă un grafic ilustrativ al rezistenței metalelor la temperatura absolută.
Spre deosebire de metale, în care dependența de temperatură a conductivității electrice este determinată de mobilitatea electronilor, prin care rezistența crește odată cu creșterea temperaturii, rolul principal este jucat de generare termică conducție semiconductor de electroni liberi și găuri. Mai mult, concentrația de electroni Ng și NE sunt găuri identice pentru semiconductori proprii (net) și crește rapid cu creșterea temperaturii (vezi distribuția Boltzmann.):
în cazul în care E - bandgap, K- constanta Boltzmann. Prin urmare, conductivitatea electrică cu creșterea temperaturii
Dacă graficul 1b prezintă dependența ln
Impuritatea conductivitate semiconductor
Cristale ideale care nu conțin impurități, sunt foarte rare. Impuritatile din cristalele semiconductoare poate crește numărul de electroni sau găuri. S-a constatat că introducerea unui atom de antimoniu într-un centimetru cub de germaniu sau siliciu rezultate în apariția unui singur electron și un atom de bor - apariția unei singure găuri.
Apariția conducției de electroni sau o gaură atunci când este injectat în cristal perfectă diverse impurități este după cum urmează. Să presupunem că un cristal de siliciu este substituit cu unul dintre atomii de atom de antimoniu. Antimoniu învelișul exterior de electroni are cinci electroni (grupa V a sistemului periodic). Patru electroni formează comunicație electronică asociat cu cele mai apropiate patru atomi de siliciu învecinat. Al cincilea electron rămase se va deplasa într-o orbită în jurul atomului de antimoniu, o astfel de orbita unui electron dintr-un atom de hidrogen, dar forța de atracție electrică a miezului scade constanta dielectrică de siliciu, respectiv. Prin urmare, pentru a elibera al cincilea electron nevoie de o energie mică de aproximativ 0,05 eV. Electron legat slab poate fi ușor ruptă sub acțiunea atomilor antimoniu vibrațiilor termice ale rețelei la temperaturi scăzute. O astfel de energie de ionizare scăzută a atomului de impuritate înseamnă că, la temperaturi de aproximativ -100 ° C, toți atomii de impuritate din germaniu și siliciu deja ionizate, iar electronii eliberați sunt implicați în procesul de conductivitate. În acest caz, purtătorii majoritari sunt electroni, adică aici deține conductivitate electrică sau n-conductibilitate de tip (n - prima literă negativă) .Dupa ca „de prisos“, a cincea, electronul este îndepărtat, un atom de antimoniu devine ion încărcat pozitiv având patru electroni de valență, ca și toți atomii de siliciu, t .E. ion antimoniu devine substituent siliciu în rețeaua cristalină.
Impuritățile care provoacă apariția de electronii de conducție în cristale, numite donatori. Pentru siliciu și germaniu sunt elemente din grupa V din tabelul periodic - antimoniu, fosfor, arsenic și bismut.
atom de bor trivalent într-un amestec cu zăbrele de siliciu se comporta diferit. Învelișul exterior al atomului de bor are doar trei electroni de valență. Deci, lipsește un electron pentru a umple cele patru legături covalente cu patru vecini apropiați. Legătura liberă poate fi umplut cu electronii transferate de la o altă conexiune, această conexiune este umplut cu electroni de comunicare următoare, etc. gaură pozitivă (bond neumplute) se poate deplasa prin cristal de la un atom la altul (atunci când se deplasează de electroni în direcția opusă). Când un electron pentru a umple legătura de valență lipsește, atomul de impuritate bor devine încărcat negativ ion înlocuind atomul de siliciu în rețeaua cristalină. Gaura va fi slab legat de atomul de bor și electrostatice forțele de atracție se vor deplasa într-o orbită în jurul acestuia, similar cu orbita unui electron într-un atom de hidrogen. energia de ionizare, adică, energia necesară pentru detașare găuri de ioni negativi de bor, este aproximativ egală cu 0,05 eV. De aceea, la temperatura camerei, toți atomii de impuritate trivalent sunt ionizate, iar găurile participă la conductivitate. Dacă există un amestec de atom trivalent (grupa III a sistemului periodic), într-un cristal de siliciu, conductivitatea este în principal Aceste găuri se numește conductivitatea gaura sau de tip p conductibilitatea (p - prima literă pozitivă). Impuritățile care cauzează tip p conductivitate, sunt numite acceptori. Prin acceptori în germaniu și siliciu sunt elemente ale treilea grup a sistemului periodic: galiu, taliu, bor, aluminiu. Numărul de purtători, impurități care rezultă din introducerea fiecărui tip separat, depinde de concentrația de impurități și a energiei sale de ionizare în semiconductor. Cu toate acestea, cele mai multe dintre impurități este practic utilizat la temperatura camerei este complet ionizat, astfel încât concentrația de purtător produs de impurități în aceste condiții, este determinată numai de concentrația de impurități și, în multe cazuri, este egal cu numărul de impuritate introdusă în atomii semiconductoare.
Fiecare atom de impuritate donor contribuie de o conductivitate de electroni, prin urmare, mai mulți atomi donori pe centimetru cub de semiconductoare, cu atât mai mare concentrația acestora depășește concentrația de găuri și conductivitate este electronic în natură. Situația inversă are loc atunci când introducerea de impurități acceptor.
La concentrații egale de donor și acceptor impuritățile din conductivitatea cristalului vor fi furnizate, ca într-un semiconductor intrinsec, electroni și găuri datorită discontinuității legăturilor de valență. Un astfel de semiconductor este numit compensat.
Cantitatea de energie electrică realizată prin găurile sau electroni, este determinată nu numai de concentrația purtătorilor, dar mobilitatea electronilor și găuri.
Împreună cu semiconductori elementare în tehnologia semiconductorilor sunt utilizate pe scară largă de compuși semiconductori obținuți prin tratarea chimică a fuziunii sau a elementelor pure. Un astfel de oxid de cupru, care este produs din diferite tipuri de redresoare semiconductoare, antimonid zinc (SbZn), utilizat pentru fabricarea termopile semiconductoare telurură de plumb (PbTe), care a găsit utilizat pentru fabricarea dispozitivelor fotovoltaice și ramura negativă a termocupluri și multe altele.
De interes particular sunt AIIIBV compus de tip. S-a obținut prin sinteza lor de elemente din grupele III și V ale sistemului periodic Mendeleev elementelor. Dintre compușii de acest tip sunt cele mai interesante proprietăți semiconductoare au AIP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb. Pentru o serie de proprietăți ale acestor compuși sunt aproape de elementele semiconductoare din grupa IV siliciu și germaniu. Mobilitatea purtătorilor de sarcină în ele atinge valori ridicate; decalaj bandă a unora dintre acești compuși este de asemenea mare; impuritatea a introdus în ele, mecanismul de schimbare conductivitate electrică; deci, unii atomi sunt grupa II se comportă ca acceptori, și un număr de atomi de grup VI - ca donatori.