Klasična elektronska teorija Drude-Lorencovog provođenja. Elektronska teorija provodljivosti Osnovni principi teorije električne provodljivosti

Sa stanovišta klasične elektronske teorije, visoka električna provodljivost metala je posledica prisustva ogromnog broja slobodnih elektrona, čije kretanje je u skladu sa zakonima klasične Njutnove mehanike. U ovoj teoriji interakcija elektrona međusobno se zanemaruje, a njihova interakcija s pozitivnim ionima svodi se samo na sudare. Drugim riječima, elektroni provodljivosti se smatraju elektronskim plinom, sličnim monoatomskom, idealnom plinu. Takav elektronski gas mora poštovati sve zakone idealnog gasa. Prema tome, prosječna kinetička energija toplinskog kretanja elektrona bit će jednaka , gdje je masa elektrona, njegova srednja kvadratna brzina, k je Boltzmannova konstanta, T je termodinamička temperatura. Dakle, pri T = 300 K, srednja kvadratna brzina toplotnog kretanja elektrona je »10 5 m/s.

Haotično toplotno kretanje elektrona ne može dovesti do pojave električne struje, ali pod uticajem spoljašnjeg električnog polja dolazi do uređenog kretanja elektrona u provodniku brzinom od . Vrijednost se može procijeniti iz prethodno izvedenog odnosa, gdje je j gustina struje, koncentracija elektrona, e je naboj elektrona. Kako proračun pokazuje, „8×10 -4 m/s. Izuzetno mala vrijednost vrijednosti u odnosu na vrijednost objašnjava se vrlo čestim sudarima elektrona sa rešetkastim jonima. Čini se da je rezultat dobiven za kontradiktoran činjenici da se prijenos električnog signala na vrlo velike udaljenosti događa gotovo trenutno. Ali činjenica je da zatvaranje električnog kola podrazumijeva širenje električnog polja brzinom od 3 × 10 8 m/s (brzina svjetlosti). Stoga će se uredno kretanje elektrona brzinom pod utjecajem polja dogoditi gotovo odmah duž cijele dužine kola, što osigurava trenutni prijenos signala.

Na osnovu klasične elektronske teorije izvedeni su osnovni zakoni električne struje o kojima se govorilo - Ohmovi i Joule-Lenzovi zakoni u diferencijalnom obliku i. Osim toga, klasična teorija je pružila kvalitativno objašnjenje Wiedemann-Franz zakona. I. Wiedemann i F. Franz su 1853. ustanovili da je na određenoj temperaturi odnos koeficijenta toplotne provodljivosti l i specifične provodljivosti g isti za sve metale. Wiedemann-Franz zakon ima oblik , gdje je b konstanta neovisna o prirodi metala. Klasična teorija elektrona objašnjava i ovaj obrazac. Elektroni provodljivosti, krećući se u metalu, nose sa sobom ne samo električni naboj, već i kinetičku energiju nasumičnog toplinskog kretanja. Stoga su oni metali koji dobro provode struju dobri provodnici topline. Klasična elektronska teorija kvalitativno je objasnila prirodu električnog otpora metala. U vanjskom polju, uređeno kretanje elektrona je poremećeno njihovim sudarima s pozitivnim ionima rešetke. Između dva sudara, elektron se kreće ubrzanom brzinom i dobija energiju koju vraća jonu tokom naknadnog sudara. Možemo pretpostaviti da se kretanje elektrona u metalu događa s trenjem sličnim unutrašnjem trenju u plinovima. Ovo trenje stvara otpor u metalu.

Međutim, klasična teorija je naišla na značajne poteškoće. Navedimo neke od njih:

1. Nesklad između teorije i eksperimenta nastao je prilikom izračunavanja toplotnog kapaciteta metala. Prema kinetičkoj teoriji, molarni toplotni kapacitet metala treba da bude zbir toplotnog kapaciteta atoma i toplotnog kapaciteta slobodnih elektrona. Pošto atomi u čvrstom telu vrše samo vibracijska kretanja, njihov molarni toplotni kapacitet je jednak C=3R (R=8,31 J/(mol×K) - molarna gasna konstanta); slobodni elektroni se kreću samo translaciono i njihov molarni toplotni kapacitet je jednak C=3/2R. Ukupni toplotni kapacitet bi trebao biti C»4,5R, ali prema eksperimentalnim podacima C=3R.

Također su znali da su nosioci električne struje u metalima negativno nabijeni elektroni. Ostalo je samo da se napravi opis električnog otpora na atomskom nivou. Prvi pokušaj ove vrste napravio je 1900. godine njemački fizičar Paul Drude (1863-1906).

Značenje elektronske teorije provodljivosti svodi se na činjenicu da svaki atom metala odustane od valentnog elektrona iz vanjske ljuske, a ti slobodni elektroni se šire po metalu, formirajući neku vrstu negativno nabijenog plina. U ovom slučaju, atomi metala se kombiniraju u trodimenzionalnu kristalnu rešetku, koja praktički ne ometa kretanje slobodnih elektrona unutar nje ( cm. hemijske veze). Čim se električna potencijalna razlika primeni na provodnik (na primer, kratkim spojem dva terminala baterije na njena dva kraja), slobodni elektroni počinju da se kreću na uredan način. U početku se kreću ravnomjerno ubrzano, ali to ne traje dugo, jer vrlo brzo elektroni prestaju ubrzavati, sudarajući se s atomima rešetke, koji zauzvrat počinju oscilirati s povećanjem amplitude u odnosu na uvjetnu tačku mirovanja, a mi promatramo termoelektrični efekat zagrevanja provodnika.

Ovi sudari imaju usporavajući efekat na elektrone, slično kao što je, recimo, čoveku teško da se kreće dovoljno velikom brzinom u gustoj gomili ljudi. Kao rezultat toga, brzina elektrona je postavljena na određeni prosječni nivo, koji se naziva brzina migracije, a ova brzina, zapravo, nikako nije velika. Na primjer, u običnom kućnom električnom ožičenju, prosječna brzina migracije elektrona je samo nekoliko milimetara u sekundi, odnosno elektroni ne lete duž žica, već puze po njima brzinom dostojnom puža. Svjetlo u sijalici se pali gotovo trenutno samo zato što se svi ti spori elektroni kreću. istovremeno, čim pritisnete dugme prekidača, elektroni u zavojnici sijalice takođe počinju da se kreću odmah. Odnosno, pritiskom na tipku prekidača proizvodite efekat u žicama sličan onome što bi se dogodilo kada biste uključili pumpu spojenu na crijevo za zalijevanje napunjeno vodom - mlaz na kraju suprotnom od pumpe će izjuriti van creva odmah.

Drude je vrlo ozbiljno shvatio opis slobodnih elektrona. Pretpostavio je da se unutar metala ponašaju poput idealnog plina i na njih je primijenio jednačinu stanja idealnog plina, prilično pošteno povlačeći analogiju između sudara elektrona i toplinskih sudara molekula idealnog plina. To mu je omogućilo da formuliše formulu za električni otpor kao funkciju prosječnog vremena između sudara slobodnih elektrona s atomima kristalne rešetke. Kao i mnoge jednostavne teorije, elektronska teorija provodljivosti je dobra u opisivanju nekih osnovnih fenomena u oblasti električne provodljivosti, ali je nemoćna da opiše mnoge nijanse ovog fenomena. Konkretno, ne samo da ne objašnjava fenomen supravodljivosti na ultra niskim temperaturama ( cm. Teorija supravodljivosti, naprotiv, predviđa neograničeno povećanje električnog otpora bilo koje supstance kako njena temperatura teži apsolutnoj nuli. Stoga se danas elektroprovodna svojstva materije obično tumače u okviru kvantne mehanike ( cm.

Atom se sastoji od jezgra okruženog oblakom elektrona, koji se kreću na određenoj udaljenosti od jezgra unutar slojeva (ljuski) određenih njihovom energijom. Što je rotirajući elektron udaljeniji od jezgra, to je njegov energetski nivo viši. Slobodni atomi imaju diskretni energetski spektar. Kada elektron pređe sa jednog dozvoljenog nivoa na drugi, udaljeniji, energija se apsorbuje, a tokom obrnutog prelaza se oslobađa. Apsorpcija i oslobađanje energije može se dogoditi samo u strogo određenim porcijama - kvantima. Svaki energetski nivo ne može sadržavati više od dva elektrona. Rastojanje između energetskih nivoa se smanjuje sa povećanjem energije. „Plafon“ energetskog spektra je nivo jonizacije na kojem elektron dobija energiju koja mu omogućava da se oslobodi i napusti atom.

Ako razmotrimo strukturu atoma različitih elemenata, možemo razlikovati ljuske koje su potpuno ispunjene elektronima (unutrašnje) i neispunjene ljuske (vanjske). Potonji su slabije povezani s jezgrom i lakše komuniciraju s drugim atomima. Stoga se elektroni koji se nalaze na vanjskoj nedovršenoj ljusci nazivaju valentnim elektronima.

Kada se formiraju molekule, između pojedinačnih atoma djeluju različite vrste veza. Za poluvodiče najčešće su kovalentne veze nastale dijeljenjem valentnih elektrona susjednih atoma. Na primjer, u germaniju, čiji atom ima četiri valentna elektrona, kovalentne veze nastaju u molekulima između četiri susjedna atoma (slika 2.1, a).

Rice. 2.1. Struktura veza atoma germanija u kristalnoj rešetki (a) i simboli zabranjenog i dozvoljenog (b)

Ako su atomi u vezanom stanju, tada na valentne elektrone djeluju polja elektrona i jezgra susjednih atoma, uslijed čega se svaki pojedinačni dozvoljeni energetski nivo atoma dijeli na niz novih energetskih nivoa, tj. energije koje su bliske jedna drugoj. Svaki od ovih nivoa takođe može sadržati samo dva elektrona. Skup nivoa, od kojih svaki može sadržavati elektrone, naziva se dozvoljeni pojas na Sl. . Praznine između dozvoljenih zona nazivaju se zabranjenim zonama (2 na sl.). Niži energetski nivoi atoma obično ne formiraju trake, budući da unutrašnje elektronske ljuske u čvrstom stanju slabo interaguju sa susjednim atomima, kao da su "zaštićene" vanjskim omotačima. U energetskom spektru čvrste materije mogu se razlikovati tri vrste traka: dozvoljene (potpuno popunjene), zabranjene i provodne trake.

Dozvoljeni pojas karakteriše činjenica da su svi njegovi nivoi na temperaturi od 0 K ispunjeni elektronima. Gornji popunjeni pojas naziva se valentni pojas.

Zabranjeni pojas karakteriše činjenica da unutar njegovih granica ne postoje energetski nivoi na kojima bi se elektroni mogli locirati.

Kondukcijski pojas karakterizira činjenica da elektroni koji se nalaze u njemu imaju energije koje im omogućuju da se oslobode veza s atomima i kreću se unutar čvrste tvari, na primjer, pod utjecajem električnog polja.

Razdvajanje tvari na metale, poluvodiče i dielektrike vrši se na osnovu trakaste strukture tijela na temperaturi apsolutne nule.

U metalima se valentni pojas i pojas provodljivosti međusobno preklapaju, tako da na 0 K metal ima električnu provodljivost.

Za poluvodiče i dielektrike, pojas provodljivosti na 0 K je prazan i nema električne provodljivosti. Razlike između njih su čisto kvantitativne - u pojasu pojasa AE. Najčešći poluvodiči (poluprovodnici na osnovu kojih se nadaju da će u budućnosti stvarati visokotemperaturne uređaje) u dielektricima.

U poluvodičima, pri određenoj vrijednosti temperature različitoj od nule, neki od elektrona će imati energiju dovoljnu da se pomaknu u provodni pojas. Ovi elektroni postaju slobodni, a poluvodič postaje električno provodljiv.

Odlazak elektrona iz valentnog pojasa dovodi do stvaranja neispunjenog energetskog nivoa u njemu. Prazno energetsko stanje naziva se rupa.

Valentni elektroni iz susjednih atoma, u prisustvu električnog polja, mogu se kretati do ovih slobodnih nivoa, stvarajući rupe na drugim mjestima. Ovo kretanje elektrona može se smatrati kretanjem pozitivno nabijenih fiktivnih naboja - rupa.

Električna provodljivost zbog kretanja slobodnih elektrona naziva se elektronska, a električna provodljivost zbog kretanja rupa naziva se provodljivost šupljina.

U apsolutno čistom i homogenom poluprovodniku na temperaturi različitoj od 0 K, slobodni elektroni i rupe se formiraju u parovima, tj. broj elektrona je jednak broju rupa. Električna provodljivost takvog poluprovodnika (intrinzična), zbog uparenih nosača termičkog porijekla, naziva se intrinzična.

Proces formiranja para elektron-rupa naziva se stvaranje para. U ovom slučaju, generisanje para može biti posledica ne samo uticaja toplotne energije (generacija toplote), već i kinetičke energije pokretnih čestica (generacija udara), energije električnog polja, energije svetlosnog zračenja (generacija svetlosti). ), itd.

Elektron i rupa nastali kao rezultat rupture valentne veze podliježu haotičnom kretanju u zapremini poluvodiča sve dok elektron ne "zarobi" rupa, a energetski nivo rupe ne "zauzme" elektron iz provodni pojas. U tom slučaju, prekinute valentne veze se obnavljaju, a nosioci naboja - elektron i rupa - nestaju. Ovaj proces obnavljanja prekinutih valentnih veza naziva se rekombinacija.

Vremenski period koji protekne od trenutka nastanka čestice koja je nosilac naboja do njene rekombinacije naziva se životnim vijekom, a udaljenost koju je čestica prešla za vrijeme svog života naziva se difuzijska dužina. Budući da je životni vijek svakog nosioca naboja različit, za jednoznačnu karakteristiku poluprovodnika, vijek trajanja se najčešće podrazumijeva kao prosječni (statistički prosjek) životni vijek nosača naboja, a dužina difuzije je prosječna udaljenost koju nosilac naboja pređe. tokom prosečnog životnog veka. Dužina difuzije i životni vijek elektrona i rupa međusobno su povezani relacijama

gdje je difuzijska dužina elektrona i rupa; - vijek trajanja elektrona i rupa; - koeficijenti difuzije elektrona i rupa (gustina tokova nosioca naboja na jediničnom gradijentu njihovih koncentracija).

Prosječni vijek trajanja nosača naboja je numerički definiran kao vremenski period tokom kojeg se koncentracija nosača naboja unesenih na ovaj ili onaj način u poluvodič smanjuje za faktor ().

Ako se u poluprovodniku stvori električno polje intenziteta E, tada će biti uređeno kaotično kretanje nosilaca naboja, tj. rupe i elektroni će se početi kretati u međusobno suprotnim smjerovima, a rupe će se kretati u smjeru koji se poklapa sa smjerom električnog polja. Nastat će dva suprotno usmjerena toka nosilaca naboja, stvarajući struje čije su gustine jednake

gdje je q naboj nosioca naboja (elektrona); - broj elektrona i rupa po jedinici zapremine supstance; , - mobilnost nosača naboja.

Mobilnost nosioca naboja je fizička veličina koju karakteriše njihova prosječna usmjerena brzina u električnom polju intenziteta , gdje je v prosječna brzina nosioca.

Budući da se nosioci naboja suprotnog predznaka kreću u suprotnom smjeru, rezultirajuća gustina struje u poluprovodniku

Kretanje nosača naboja u poluvodiču, uzrokovano prisustvom električnog polja i gradijenta potencijala, naziva se drift, a struja koju stvaraju ova naelektrisanja naziva se struja drifta.

Kretanje pod utjecajem gradijenta koncentracije naziva se difuzija.

Specifična provodljivost poluprovodnika a može se naći kao omjer specifične gustine struje i jačine električnog polja:

gdje je otpornost poluprovodnika.

POLUVODIČKE KOMPONENTE ELEKTRONSKIH KOLA

ELEKTRIČNA VODLJIVOST POLUPROVODNIKA

Poluvodiči uključuju materijale koji na sobnoj temperaturi imaju specifičan električni otpor od 10 -5 do 10 10 Ohm cm (u tehnologiji poluvodiča uobičajeno je mjeriti otpor od 1 cm 3 materijala). Broj poluprovodnika je veći od broja metala i dielektrika. Najčešće se koriste silicijum, galijum arsenid, selen, germanijum, telur, razni oksidi, sulfidi, nitridi i karbidi.

Osnovni principi teorije električne provodljivosti.

Atom se sastoji od jezgra okruženog oblakom elektrona, koji se kreću na određenoj udaljenosti od jezgra unutar slojeva (ljuski) određenih njihovom energijom. Što je rotirajući elektron udaljeniji od jezgra, to je njegov energetski nivo viši. Slobodni atomi imaju diskretni energetski spektar. Kada elektron pređe sa jednog dozvoljenog nivoa na drugi, udaljeniji, energija se apsorbuje, a tokom obrnutog prelaza se oslobađa. Apsorpcija i oslobađanje energije može se dogoditi samo u strogo određenim porcijama - kvantima. Svaki energetski nivo ne može sadržavati više od dva elektrona. Rastojanje između energetskih nivoa se smanjuje sa povećanjem energije. „Plafon“ energetskog spektra je nivo jonizacije na kojem elektron dobija energiju koja mu omogućava da se oslobodi i napusti atom.

Ako razmotrimo strukturu atoma različitih elemenata, možemo razlikovati ljuske koje su potpuno ispunjene elektronima (unutrašnje) i neispunjene ljuske (vanjske). Potonji su slabije povezani s jezgrom i lakše komuniciraju s drugim atomima. Stoga se elektroni koji se nalaze na vanjskoj nedovršenoj ljusci nazivaju valentnim elektronima.

Sl.2.1. Struktura veza atoma germanija u kristalnoj rešetki i simboli zabranjenih i dozvoljenih zona.

Kada se formiraju molekule, između pojedinačnih atoma djeluju različite vrste veza. Za poluvodiče, najčešće su kovalentne veze nastale deljenjem valentnih elektrona sa susednim. Na primjer, u silicijumu, čiji atom ima četiri valentna elektrona, kovalentne veze nastaju u molekulima između četiri susjedna atoma (slika 2.1, a).

Ako su atomi u vezanom stanju, tada na valentne elektrone djeluju polja elektrona i jezgra susjednih atoma, uslijed čega se svaki pojedinačni dozvoljeni energetski nivo atoma dijeli na niz novih energetskih nivoa, tj. energije koje su bliske jedna drugoj. Svaki od ovih nivoa takođe može sadržati samo dva elektrona. Skup nivoa, od kojih svaki može sadržavati elektrone, naziva se dozvoljeni pojas (1; 3 na slici 2.1, b). Praznine između dozvoljenih zona nazivaju se zabranjenim zonama (2 na slici 2.1, b). Niži energetski nivoi atoma obično ne formiraju trake, budući da unutrašnje elektronske ljuske u čvrstom stanju slabo interaguju sa susjednim atomima, kao da su "zaštićene" vanjskim omotačima. U energetskom spektru čvrste materije mogu se razlikovati tri vrste traka: dozvoljene (potpuno popunjene), zabranjene i provodne trake.

Dozvoljeno Zonu karakteriše činjenica da su svi njeni nivoi na temperaturi od 0 K ispunjeni elektronima. Gornji popunjeni pojas naziva se valentni pojas.

Zabranjeno Zonu karakteriše činjenica da unutar njenih granica ne postoje energetski nivoi na kojima bi se mogli locirati elektroni.

Kondukcijski pojas karakterizira činjenica da elektroni koji se nalaze u njemu imaju energije koje im omogućuju da se oslobode veza s atomima i kreću se unutar čvrste tvari, na primjer, pod utjecajem električnog polja.

Razdvajanje tvari na metale, poluvodiče i dielektrike vrši se na osnovu trakaste strukture tijela na temperaturi apsolutne nule.

U metalima se valentni pojas i pojas provodljivosti međusobno preklapaju, tako da na 0 K metal ima električnu provodljivost.

Za poluvodiče i dielektrike, pojas provodljivosti na 0 K je prazan i nema električne provodljivosti. Razlike između njih su čisto kvantitativne - u pojasu pojasa ΔE. Za najčešće poluprovodnike ΔE=0,1÷3 eV (za poluprovodnike, na osnovu kojih se nadaju da će u budućnosti stvoriti visokotemperaturne uređaje, ΔE=3÷6 eV), za dielektrike ΔE>6 eV.

U poluvodičima, pri određenoj vrijednosti temperature različitoj od nule, neki od elektrona će imati energiju dovoljnu da se pomaknu u provodni pojas. Ovi elektroni postaju slobodni, a poluvodič postaje električno provodljiv.

Odlazak elektrona iz valentnog pojasa dovodi do stvaranja neispunjenog energetskog nivoa u njemu. Prazno energetsko stanje naziva se rupa. Valentni elektroni susjednih atoma u prisustvu električnog polja mogu se pomaknuti do ovih slobodnih nivoa, stvarajući rupe na drugim mjestima. Ovo kretanje elektrona može se smatrati kretanjem pozitivno nabijenih fiktivnih naboja - rupa.

Električna provodljivost zbog kretanja slobodnih elektrona naziva se elektronska, a električna provodljivost zbog kretanja rupa naziva se provodljivost šupljina.

U apsolutno čistom i homogenom poluprovodniku na temperaturi različitoj od 0 K, slobodni elektroni i rupe nastaju u parovima, tj. broj elektrona jednak je broju rupa. Električna provodljivost takvog poluprovodnika (intrinzična), zbog uparenih nosača termičkog porijekla, naziva se intrinzična.

Proces formiranja para elektron-rupa naziva se stvaranje para. U ovom slučaju, generisanje para može biti posledica ne samo uticaja toplotne energije (generacija toplote), već i kinetičke energije pokretnih čestica (generacija udara), energije električnog polja, energije svetlosnog zračenja (generacija svetlosti). ), itd.

Elektron i rupa nastali kao rezultat rupture valentne veze podliježu haotičnom kretanju u zapremini poluvodiča sve dok elektron ne "zarobi" rupa, a energetski nivo rupe ne "zauzme" elektron iz provodni pojas. U ovom slučaju, prekinute valentne veze se obnavljaju, a nosioci naboja - elektron i rupa - nestaju. Ovaj proces obnavljanja prekinutih valentnih veza naziva se rekombinacija.

Vremenski period koji protekne od trenutka nastanka čestice koja je nosilac naboja do njene rekombinacije naziva se životnim vijekom, a udaljenost koju je čestica prešla za vrijeme svog života naziva se difuzijska dužina. Budući da je životni vijek svakog nosača različit, da bi se jednoznačno okarakterizirao poluvodič, životni vijek se najčešće podrazumijeva kao prosječni (statistički prosjek) životni vijek nosača naboja, a dužina difuzije je prosječna udaljenost koju nosilac naboja prijeđe tokom prosječnog životnog vijeka. . Dužina difuzije i životni vijek elektrona i rupa međusobno su povezani relacijama

; (2,1)

gdje je , difuzijska dužina elektrona i rupa;

, – životni vijek elektrona i rupa;

– koeficijenti difuzije elektrona i rupa (gustina tokova nosioca naboja na jediničnom gradijentu njihovih koncentracija).

Prosječni vijek trajanja nosača naboja je numerički definiran kao vremenski period tokom kojeg se koncentracija nosača naboja unesenih na ovaj ili onaj način u poluvodič smanjuje za e jednom ( e≈2,7).

Ako se u poluprovodniku stvori električno polje intenziteta E, tada će biti uređeno haotično kretanje nosilaca naboja, tj. rupe i elektroni će se početi kretati u međusobno suprotnim smjerovima, s rupama u smjeru koji se poklapa sa smjerom električnog polja. Nastat će dva suprotno usmjerena toka nosilaca naboja, stvarajući struje čije su gustine jednake

Jn dr = qnμ n E; Jp dr = qpμ p E,(2,2)

Gdje q– naboj nosioca naboja (elektrona);

n, str– broj elektrona i rupa po jedinici zapremine supstance (koncentracija);

μ n , μ p – mobilnost nosilaca naboja.

Mobilnost nosilaca naboja je fizička veličina koju karakteriše njihova prosječna usmjerena brzina u električnom polju jačine 1 V/cm; μ =v/E, Gdje v– prosječna brzina nosača.

Budući da se nosioci naboja suprotnog predznaka kreću u suprotnim smjerovima, rezultirajuća gustina struje u poluprovodniku

J dr = Jn dr + Jp dr =( qnμ n +qpμ p)E (2.3)

Kretanje nosača naboja u poluvodiču, uzrokovano prisustvom električnog polja i gradijenta potencijala, naziva se drift, a struja koju stvaraju ova naelektrisanja naziva se struja drifta.

Kretanje pod utjecajem gradijenta koncentracije naziva se difuzija.

Specifična provodljivost poluprovodnika σ može se naći kao omjer specifične gustine struje i jakosti električnog polja

σ =1/ρ= J/E=qnμ n +qpμ p,

gdje je ρ otpornost poluvodiča.

Električna provodljivost nečistoća. Električna svojstva poluprovodnika zavise od sadržaja atoma nečistoća u njima, kao i od različitih defekata kristalne rešetke: praznih mjesta rešetke, atoma ili jona koji se nalaze između mjesta rešetke, itd. Nečistoće su akceptor i donor.

Akceptorske nečistoće. Atomi akceptorskih nečistoća sposobni su prihvatiti jedan ili više elektrona izvana, pretvarajući se u negativni ion.

Ako se, na primjer, trovalentni atom bora uvede u silicij, formira se kovalentna veza između bora i četiri susjedna atoma silicija i dobije se stabilna ljuska od osam elektrona zbog dodatnog elektrona uzetog od jednog od atoma silicija. Ovaj elektron, budući da je „vezan“, pretvara atom bora u stacionarni negativni ion (slika 2.2, a). Na mjestu otpuštenog elektrona formira se rupa koja se dodaje vlastitim rupama koje nastaju zagrijavanjem (termalna generacija). U tom slučaju će koncentracija rupa u poluvodiču premašiti koncentraciju slobodnih elektrona vlastite provodljivosti (p>n). Stoga u poluprovodniku

Sl.2.2. Struktura (a) i dijagram pojasa (b) poluprovodnika sa primesama akceptora.

električna provodljivost rupa će dominirati. Takav poluvodič se naziva poluvodič p-tipa.

Kada se na ovaj poluprovodnik primeni napon, dominiraće rupa komponenta struje, tj. Jn