Drude-Lorentzi juhtivuse klassikaline elektrooniline teooria. Elektrooniline juhtivuse teooria Elektrijuhtivuse teooria põhiprintsiibid

Klassikalise elektroonikateooria seisukohalt on metallide kõrge elektrijuhtivus tingitud tohutu hulga vabade elektronide olemasolust, mille liikumine järgib klassikalise Newtoni mehaanika seadusi. Selles teoorias jäetakse elektronide vastastikmõju tähelepanuta ja nende vastastikmõju positiivsete ioonidega taandub ainult kokkupõrgeteks. Teisisõnu peetakse juhtivuselektroneid elektrongaasiks, mis on sarnane monatoomilise ideaalse gaasiga. Selline elektrongaas peab järgima kõiki ideaalse gaasi seadusi. Järelikult on elektroni soojusliikumise keskmine kineetiline energia võrdne , kus on elektroni mass, on selle ruutkeskmine kiirus, k on Boltzmanni konstant, T on termodünaamiline temperatuur. Seega on T = 300 K juures elektronide soojusliikumise ruutkeskmine kiirus »10 5 m/s.

Elektronide kaootiline soojusliikumine ei saa kaasa tuua elektrivoolu tekkimist, kuid välise elektrivälja mõjul toimub juhis elektronide korrastatud liikumine kiirusega . Väärtust saab hinnata eelnevalt tuletatud seose põhjal, kus j on voolutihedus, elektronide kontsentratsioon, e on elektronide laeng. Nagu arvutus näitab, "8×10 -4 m/s. Väärtuse üliväike väärtus võrreldes väärtusega on seletatav elektronide väga sagedaste kokkupõrgetega võre ioonidega. Näib, et saadud tulemus on vastuolus tõsiasjaga, et elektrisignaali edastamine väga pikkadele vahemaadele toimub peaaegu kohe. Kuid tõsiasi on see, et elektriahela sulgemine toob kaasa elektrivälja levimise kiirusega 3 × 10 8 m/s (valguse kiirus). Seetõttu toimub elektronide järjestatud liikumine kiirusel välja mõjul peaaegu kohe kogu ahela pikkuses, mis tagab hetkelise signaali edastamise.

Klassikalise elektroonika teooria põhjal tuletati ülalpool käsitletud elektrivoolu põhiseadused - Ohmi ja Joule-Lenzi seadused diferentsiaalkujul ja. Lisaks andis klassikaline teooria kvalitatiivse seletuse Wiedemann-Franzi seadusele. 1853. aastal tegid I. Wiedemann ja F. Franz kindlaks, et teatud temperatuuril on soojusjuhtivuse koefitsiendi l ja erijuhtivuse g suhe kõigil metallidel. Wiedemann-Franzi seadus on kujul , kus b on metalli olemusest sõltumatu konstant. Klassikaline elektroniteooria selgitab ka seda mustrit. Metallis liikuvad juhtivuselektronid kannavad endaga mitte ainult elektrilaengut, vaid ka juhusliku soojusliikumise kineetilist energiat. Seetõttu on need metallid, mis juhivad hästi elektrit, head soojusjuhid. Klassikaline elektroonikateooria selgitas kvalitatiivselt metallide elektritakistuse olemust. Välisväljas häirib elektronide järjestatud liikumist nende kokkupõrge võre positiivsete ioonidega. Kahe kokkupõrke vahel liigub elektron kiirendatud kiirusega ja omandab energiat, mille järgneva kokkupõrke käigus ioonile tagasi annab. Võib eeldada, et elektroni liikumine metallis toimub gaaside sisehõõrdumisele sarnase hõõrdumise korral. See hõõrdumine tekitab metallis takistuse.

Klassikalise teooriaga tekkisid aga märkimisväärsed raskused. Loetleme mõned neist:

1. Metallide soojusmahtuvuse arvutamisel tekkis lahknevus teooria ja katse vahel. Kineetilise teooria järgi peaks metallide molaarne soojusmahtuvus olema aatomite soojusmahtuvuse ja vabade elektronide soojusmahtuvuse summa. Kuna tahkes kehas teostavad aatomid ainult vibratsioonilisi liikumisi, on nende molaarne soojusmahtuvus võrdne C=3R (R=8,31 J/(mol×K) - gaasi molaarne konstant); vabad elektronid liiguvad ainult translatsiooniliselt ja nende molaarne soojusmahtuvus on võrdne C=3/2R. Kogu soojusmahtuvus peaks olema C»4,5R, kuid katseandmetel C=3R.

Samuti teadsid nad, et elektrivoolu kandjad metallides on negatiivselt laetud elektronid. Jäi vaid luua elektritakistuse kirjeldus aatomitasandil. Esimese sellise katse tegi 1900. aastal saksa füüsik Paul Drude (1863-1906).

Elektroonilise juhtivuse teooria tähendus taandub sellele, et iga metalli aatom loovutab väliskestalt valentselektroni ja need vabad elektronid levivad kogu metallis, moodustades omamoodi negatiivselt laetud gaasi. Sel juhul ühendatakse metalliaatomid kolmemõõtmeliseks kristallvõreks, mis praktiliselt ei sega vabade elektronide liikumist selle sees ( cm. Keemilised sidemed). Niipea, kui juhile rakendatakse elektripotentsiaalide erinevust (näiteks lühistades aku kaks klemmi selle kahes otsas), hakkavad vabad elektronid korrapäraselt liikuma. Alguses liiguvad nad ühtlaselt kiirendatult, kuid see ei kesta kaua, kuna varsti lõpetavad elektronid kiirendamise, põrkuvad võre aatomitega, mis omakorda hakkavad võnkuma tingliku puhkepunkti suhtes kasvava amplituudiga ja me jälgime termoelektrilist. juhi kuumutamise mõju.

Need kokkupõrked mõjuvad elektronidele aeglustavalt, sarnaselt sellele, kuidas näiteks inimesel on raske tihedas inimmassis piisavalt suure kiirusega liikuda. Selle tulemusena seatakse elektronide kiirus teatud keskmisele tasemele, mida nimetatakse rände kiirus, ja see kiirus pole tegelikult sugugi suur. Näiteks tavalises majapidamises kasutatavas elektrijuhtmestikus on elektronide migratsiooni kiirus keskmiselt vaid paar millimeetrit sekundis ehk elektronid ei lenda mööda juhtmeid, vaid pigem roomavad mööda neid teole väärilises tempos. Lambipirnis süttib tuli peaaegu koheselt ainult seetõttu, et kõik need aeglased elektronid hakkavad liikuma. samaaegselt, niipea kui vajutate lülitusnuppu, hakkavad kohe liikuma ka elektripirni mähises olevad elektronid. See tähendab, et lülitusnuppu vajutades tekitate juhtmetes sarnase efekti, mis juhtuks siis, kui lülitaksite sisse pumba, mis on ühendatud veega täidetud kastmisvoolikuga – pumba vastas olevas otsas olev oja tormab välja. voolikust kohe.

Drude võttis vabade elektronide kirjeldamist väga tõsiselt. Ta eeldas, et metalli sees käituvad nad nagu ideaalne gaas, ja rakendas neile ideaalse gaasi olekuvõrrandit, tõmmates üsna õiglaselt analoogia elektronide kokkupõrgete ja ideaalse gaasi molekulide termiliste kokkupõrgete vahel. See võimaldas tal sõnastada elektritakistuse valemi kui vabade elektronide ja kristallvõre aatomite kokkupõrke vahelise keskmise aja funktsiooni. Nagu paljud lihtsad teooriad, on ka elektrooniline juhtivuse teooria hea mõningate põhinähtuste kirjeldamiseks elektrijuhtivuse valdkonnas, kuid on võimetu kirjeldama selle nähtuse paljusid nüansse. Eelkõige ei selgita see mitte ainult ülijuhtivuse nähtust ülimadalatel temperatuuridel ( cm.Ülijuhtivuse teooria, vastupidi, ennustab mis tahes aine elektritakistuse piiramatut suurenemist, kuna selle temperatuur kaldub absoluutse nullini. Seetõttu tõlgendatakse tänapäeval aine elektrit juhtivaid omadusi tavaliselt kvantmehaanika raames ( cm.

Aatom koosneb tuumast, mida ümbritseb elektronide pilv, mis liiguvad tuumast teatud kaugusel nende energiaga määratud kihtides (kestad). Mida kaugemal on pöörlev elektron tuumast, seda kõrgem on tema energiatase. Vabadel aatomitel on diskreetne energiaspekter. Elektroni üleminekul ühelt lubatud tasemelt teisele, kaugemale, neeldub energia ja pöördsiirde ajal see vabaneb. Energia neeldumine ja vabanemine saab toimuda ainult rangelt määratletud portsjonites – kvantides. Iga energiatase ei tohi sisaldada rohkem kui kahte elektroni. Energiatasemete vaheline kaugus väheneb energia suurenemisega. Energiaspektri "lagi" on ionisatsioonitase, mille juures elektron omandab energiat, mis võimaldab tal vabaneda ja aatomist lahkuda.

Kui arvestada erinevate elementide aatomite struktuuri, saame eristada kestasid, mis on täielikult elektronidega täidetud (sisemised) ja täitmata kestad (välimised). Viimased on tuumaga nõrgemalt seotud ja interakteeruvad kergemini teiste aatomitega. Seetõttu nimetatakse välisel lõpetamata kestal asuvaid elektrone valentselektronideks.

Molekulide moodustumisel toimivad üksikute aatomite vahel erinevat tüüpi sidemed. Pooljuhtide puhul on levinumad kovalentsed sidemed, mis tekivad naaberaatomite valentselektronide jagamisel. Näiteks germaaniumis, mille aatomis on neli valentselektroni, tekivad kovalentsed sidemed molekulides nelja naaberaatomi vahel (joon. 2.1, a).

Riis. 2.1. Germaaniumi aatomi sidemete struktuur kristallvõres (a) ning keelatud ja lubatud (b) sümbolid

Kui aatomid on seotud olekus, siis valentselektronidele mõjuvad elektronide väljad ja naaberaatomite tuumad, mille tulemusena jaguneb aatomi iga individuaalne lubatud energiatase mitmeks uueks energiatasemeks, mille energiad on üksteisele lähedal. Kõik need tasemed võivad sisaldada ka ainult kahte elektroni. Tasemekomplekti, millest igaüks võib sisaldada elektrone, nimetatakse joonisel fig. . Lubatud tsoonide vahelisi lünki nimetatakse keelatud tsoonideks (2 joonisel). Aatomite madalamad energiatasemed tavaliselt ribasid ei moodusta, kuna tahkis olevad sisemised elektronkestad interakteeruvad nõrgalt naaberaatomitega, olles justkui väliskestade poolt "varjestatud". Tahke aine energiaspektris võib eristada kolme tüüpi ribasid: lubatud (täielikult täidetud) ribad, keelatud ribad ja juhtivusribad.

Lubatud riba iseloomustab asjaolu, et kõik selle tasemed temperatuuril 0 K on täidetud elektronidega. Ülemist täidetud riba nimetatakse valentsribaks.

Keelatud riba iseloomustab asjaolu, et selle piirides puuduvad energiatasemed, millel elektronid võiksid paikneda.

Juhtivusriba iseloomustab see, et selles paiknevatel elektronidel on energiad, mis võimaldavad neil vabaneda sidemetest aatomitega ja liikuda näiteks elektrivälja mõjul tahke aine sees.

Ainete eraldamine metallideks, pooljuhtideks ja dielektrikuteks toimub keha ribastruktuuri alusel absoluutse nulltemperatuuri juures.

Metallides kattuvad valentsriba ja juhtivusriba vastastikku, nii et temperatuuril 0 K on metallil elektrijuhtivus.

Pooljuhtide ja dielektrikute puhul on juhtivusriba 0 K juures tühi ja elektrijuhtivus puudub. Erinevused nende vahel on puhtalt kvantitatiivsed – AE ribalaiuses. Levinumad pooljuhid (pooljuhid, mille baasil loodetakse tulevikus luua kõrgtemperatuurseid seadmeid) dielektrikutes.

Pooljuhtides, teatud nullist erineva temperatuuri väärtuse juures, on mõnel elektronil piisavalt energiat, et liikuda juhtivusriba. Need elektronid vabanevad ja pooljuht muutub elektrit juhtivaks.

Elektroni lahkumine valentsribast viib selles täitmata energiataseme moodustumiseni. Vaba energiaseisundit nimetatakse auguks.

Naaberaatomite valentselektronid võivad elektrivälja olemasolul liikuda nendele vabadele tasemetele, luues auke mujal. Seda elektronide liikumist võib pidada positiivselt laetud fiktiivsete laengute – aukude liikumiseks.

Vabade elektronide liikumisest tingitud elektrijuhtivust nimetatakse elektrooniliseks ja aukude liikumisest tingitud elektrijuhtivust aukjuhtivuseks.

Absoluutselt puhtas ja homogeenses pooljuhis, mille temperatuur ei ole 0 K, moodustuvad vabad elektronid ja augud paarikaupa, st elektronide arv võrdub aukude arvuga. Sellise pooljuhi elektrijuhtivust (sisemist), mis on tingitud soojusliku päritoluga paaritud kandjatest, nimetatakse sisemiseks.

Elektron-augu paari moodustamise protsessi nimetatakse paari genereerimiseks. Sel juhul võib paari teke olla tingitud mitte ainult soojusenergia mõjust (soojuse genereerimine), vaid ka liikuvate osakeste kineetilisest energiast (löögi tekitamine), elektrivälja energiast, valguskiirguse energiast (valguse tekitamine). ), jne.

Valentssideme purunemise tulemusena tekkinud elektron ja auk läbivad pooljuhi ruumalas kaootilist liikumist, kuni elektron on auku “haaratud” ning augu energiataseme “hõivab” elektron juhtivusriba. Sel juhul taastatakse purunenud valentssidemed ning laengukandjad - elektron ja auk - kaovad. Seda purunenud valentssidemete taastamise protsessi nimetatakse rekombinatsiooniks.

Ajavahemikku, mis kulub laengukandjaks oleva osakese tekkimise hetkest kuni selle rekombinatsioonini, nimetatakse elueaks ja osakese eluea jooksul läbitud vahemaad difusioonipikkuseks. Kuna iga laengukandja eluiga on erinev, siis pooljuhi üheselt mõistetava tunnuse puhul mõistetakse eluea all enamasti laengukandjate keskmist (statistilist keskmist) eluiga ja difusioonipikkus on keskmine vahemaa, mille laengukandja läbib. keskmise eluea jooksul. Elektronide ja aukude difusioonipikkus ja eluiga on omavahel seotud suhete kaudu

kus on elektronide ja aukude difusioonipikkus; - elektronide ja aukude eluiga; - elektronide ja aukude difusioonikoefitsiendid (laengukandjate voogude tihedus nende kontsentratsioonide ühikulise gradiendi juures).

Laengukandjate keskmine eluiga on arvuliselt defineeritud kui ajavahemik, mille jooksul ühel või teisel viisil pooljuhti sisestatud laengukandjate kontsentratsioon väheneb () korda.

Kui pooljuhis luuakse intensiivsusega E elektriväli, siis on tellitud laengukandjate kaootiline liikumine, st augud ja elektronid hakkavad liikuma vastastikku vastassuunas ning augud liiguvad suunaga ühtivas suunas. elektriväljast. Tekib kaks vastassuunalist laengukandjate voogu, mis tekitavad voolud, mille tihedus on võrdne

kus q on laengukandja (elektroni) laeng; - elektronide ja aukude arv aine ruumalaühiku kohta; , - laengukandjate liikuvus.

Laengukandjate liikuvus on füüsikaline suurus, mida iseloomustab nende keskmine suunakiirus elektriväljas intensiivsusega , kus v on kandja keskmine kiirus.

Kuna vastasmärgiga laengukandjad liiguvad vastupidises suunas, tekib pooljuhis tekkiv voolutihedus

Elektrivälja ja potentsiaalse gradiendi olemasolust põhjustatud laengukandjate liikumist pooljuhis nimetatakse triiviks ja nende laengute tekitatud voolu triivvooluks.

Kontsentratsioonigradiendi mõjul toimuvat liikumist nimetatakse difusiooniks.

Pooljuhi erijuhtivuse võib leida erivoolutiheduse ja elektrivälja tugevuse suhtena:

kus on pooljuhi eritakistus.

ELEKTROONIKAALUDE POOLJUHTKOMPONENDID

POOLJUHTIDE ELEKTRIJUHTIVUS

Pooljuhtide hulka kuuluvad materjalid, mille elektriline eritakistus on toatemperatuuril vahemikus 10 -5 kuni 10 10 Ohm cm (pooljuhttehnoloogias on tavaks mõõta 1 cm 3 materjali takistust). Pooljuhtide arv ületab metallide ja dielektrikute arvu. Kõige sagedamini kasutatakse räni, galliumarseniidi, seleeni, germaaniumi, telluuri, erinevaid oksiide, sulfiide, nitriide ja karbiide.

Elektrijuhtivuse teooria aluspõhimõtted.

Aatom koosneb tuumast, mida ümbritseb elektronide pilv, mis liiguvad tuumast teatud kaugusel nende energiaga määratud kihtides (kestad). Mida kaugemal on pöörlev elektron tuumast, seda kõrgem on tema energiatase. Vabadel aatomitel on diskreetne energiaspekter. Elektroni üleminekul ühelt lubatud tasemelt teisele, kaugemale, neeldub energia ja pöördsiirde ajal see vabaneb. Energia neeldumine ja vabanemine saab toimuda ainult rangelt määratletud portsjonites – kvantides. Iga energiatase ei tohi sisaldada rohkem kui kahte elektroni. Energiatasemete vaheline kaugus väheneb energia suurenemisega. Energiaspektri "lagi" on ionisatsioonitase, mille juures elektron omandab energiat, mis võimaldab tal vabaneda ja aatomist lahkuda.

Kui arvestada erinevate elementide aatomite struktuuri, saame eristada kestasid, mis on täielikult elektronidega täidetud (sisemised) ja täitmata kestad (välimised). Viimased on tuumaga nõrgemalt seotud ja interakteeruvad kergemini teiste aatomitega. Seetõttu nimetatakse välisel lõpetamata kestal asuvaid elektrone valentselektronideks.

Joonis 2.1. Germaaniumi aatomite sidemete struktuur kristallvõres ning keelatud ja lubatud tsoonide sümbolid.

Molekulide moodustumisel toimivad üksikute aatomite vahel erinevat tüüpi sidemed. Pooljuhtide puhul on levinumad kovalentsed sidemed, mis tekivad valentselektronide jagamisel naaberelektronidega. Näiteks ränis, mille aatomis on neli valentselektroni, tekivad kovalentsed sidemed molekulides nelja naaberaatomi vahel (joonis 2.1, a).

Kui aatomid on seotud olekus, siis valentselektronidele mõjuvad elektronide väljad ja naaberaatomite tuumad, mille tulemusena jaguneb aatomi iga individuaalne lubatud energiatase mitmeks uueks energiatasemeks, mille energiad on üksteisele lähedal. Kõik need tasemed võivad sisaldada ka ainult kahte elektroni. Tasandite kogumit, millest igaüks võib sisaldada elektrone, nimetatakse lubatud ribaks (1; 3 joonisel 2.1, b). Lubatud tsoonide vahelisi lünki nimetatakse keelatud tsoonideks (2 joonisel 2.1, b). Aatomite madalamad energiatasemed tavaliselt ribasid ei moodusta, kuna tahkis olevad sisemised elektronkestad interakteeruvad nõrgalt naaberaatomitega, olles justkui väliskestade poolt "varjestatud". Tahke aine energiaspektris võib eristada kolme tüüpi ribasid: lubatud (täielikult täidetud) ribad, keelatud ribad ja juhtivusribad.

Lubatud Tsooni iseloomustab asjaolu, et kõik selle tasemed temperatuuril 0 K on täidetud elektronidega. Ülemist täidetud riba nimetatakse valentsribaks.

Keelatud Tsooni iseloomustab asjaolu, et selle piirides puuduvad energiatasemed, millel elektronid võiksid paikneda.

Juhtivusriba iseloomustab see, et selles paiknevatel elektronidel on energiad, mis võimaldavad neil vabaneda sidemetest aatomitega ja liikuda näiteks elektrivälja mõjul tahke aine sees.

Ainete eraldamine metallideks, pooljuhtideks ja dielektrikuteks toimub keha ribastruktuuri alusel absoluutse nulltemperatuuri juures.

Metallides kattuvad valentsriba ja juhtivusriba vastastikku, nii et temperatuuril 0 K on metallil elektrijuhtivus.

Pooljuhtide ja dielektrikute puhul on juhtivusriba 0 K juures tühi ja elektrijuhtivus puudub. Nendevahelised erinevused on puhtalt kvantitatiivsed - ribalaiuses ΔE. Enamlevinud pooljuhtidel ΔE=0,1÷3 eV (pooljuhtidel, mille alusel loodetakse tulevikus luua kõrgtemperatuurseid seadmeid, ΔE=3÷6 eV), dielektrikutel ΔE>6 eV.

Pooljuhtides, teatud nullist erineva temperatuuri väärtuse juures, on mõnel elektronil piisavalt energiat, et liikuda juhtivusriba. Need elektronid vabanevad ja pooljuht muutub elektrit juhtivaks.

Elektroni lahkumine valentsribast viib selles täitmata energiataseme moodustumiseni. Vaba energiaseisundit nimetatakse auguks. Naaberaatomite valentselektronid võivad elektrivälja olemasolul liikuda nendele vabadele tasemetele, luues auke mujal. Seda elektronide liikumist võib pidada positiivselt laetud fiktiivsete laengute – aukude liikumiseks.

Vabade elektronide liikumisest tingitud elektrijuhtivust nimetatakse elektrooniliseks ja aukude liikumisest tingitud elektrijuhtivust aukjuhtivuseks.

Absoluutselt puhtas ja homogeenses pooljuhis, mille temperatuur ei ole 0 K, tekivad vabad elektronid ja augud paarikaupa, s.o. elektronide arv võrdub aukude arvuga. Sellise pooljuhi elektrijuhtivust (sisemist), mis on tingitud soojusliku päritoluga paaritud kandjatest, nimetatakse sisemiseks.

Elektron-augu paari moodustamise protsessi nimetatakse paari genereerimiseks. Sel juhul võib paari teke olla tingitud mitte ainult soojusenergia mõjust (soojuse genereerimine), vaid ka liikuvate osakeste kineetilisest energiast (löögi tekitamine), elektrivälja energiast, valguskiirguse energiast (valguse tekitamine). ), jne.

Valentssideme purunemise tulemusena tekkinud elektron ja auk läbivad pooljuhi ruumalas kaootilist liikumist, kuni elektron on auku “haaratud” ning augu energiataseme “hõivab” elektron juhtivusriba. Sel juhul taastatakse purunenud valentssidemed ning laengukandjad – elektron ja auk – kaovad. Seda purunenud valentssidemete taastamise protsessi nimetatakse rekombinatsiooniks.

Ajavahemikku, mis kulub laengukandjaks oleva osakese tekkimise hetkest kuni selle rekombinatsioonini, nimetatakse elueaks ja osakese eluea jooksul läbitud vahemaad difusioonipikkuseks. Kuna iga kandja eluiga on erinev, siis pooljuhti üheselt iseloomustades mõistetakse eluea all kõige sagedamini laengukandjate keskmist (statistilist keskmist) eluiga ning difusioonipikkus on keskmine vahemaa, mille laengukandja keskmise eluea jooksul läbib. . Elektronide ja aukude difusioonipikkus ja eluiga on omavahel seotud suhete kaudu

; (2,1)

kus , on elektronide ja aukude difusioonipikkus;

, – elektronide ja aukude eluiga;

– elektronide ja aukude difusioonikoefitsiendid (laengukandjate voogude tihedus nende kontsentratsioonide ühikulisel gradiendil).

Laengukandjate keskmine eluiga on arvuliselt defineeritud kui ajavahemik, mille jooksul ühel või teisel viisil pooljuhti sisestatud laengukandjate kontsentratsioon väheneb võrra eüks kord ( e≈2,7).

Kui pooljuhis tekib E intensiivsusega elektriväli, siis tellitakse laengukandjate kaootiline liikumine, s.t. augud ja elektronid hakkavad liikuma vastastikku vastandlikes suundades, kusjuures augud langevad kokku elektrivälja suunaga. Tekib kaks vastassuunalist laengukandjate voogu, mis tekitavad voolud, mille tihedus on võrdne

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

Kus q– laengukandja (elektroni) laeng;

n, lk– elektronide ja aukude arv aine ruumalaühiku kohta (kontsentratsioon);

μ n , μ p – laengukandjate liikuvus.

Laengukandjate liikuvus on füüsikaline suurus, mida iseloomustab nende keskmine suunakiirus elektriväljas, mille tugevus on 1 V/cm; μ =ve, Kus v- keskmine kandja kiirus.

Kuna vastasmärgiga laengukandjad liiguvad vastassuundades, tekib pooljuhis tekkiv voolutihedus

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

Elektrivälja ja potentsiaalse gradiendi olemasolust põhjustatud laengukandjate liikumist pooljuhis nimetatakse triiviks ja nende laengute tekitatud voolu triivvooluks.

Kontsentratsioonigradiendi mõjul toimuvat liikumist nimetatakse difusiooniks.

Pooljuhi erijuhtivuse σ võib leida erivoolutiheduse ja elektrivälja tugevuse suhtena

σ =1/ρ= J/E=qnμ n +qpμ p,

kus ρ on pooljuhi eritakistus.

Lisandite elektrijuhtivus. Pooljuhtide elektrilised omadused sõltuvad neis olevate lisandite aatomite sisaldusest, aga ka erinevatest kristallvõre defektidest: tühjadest võrekohtadest, võrekohtade vahel paiknevatest aatomitest või ioonidest jne. Lisandid on aktseptor ja doonor.

Aktseptori lisandid. Aktseptorlisandite aatomid on võimelised väljastpoolt vastu võtma ühe või mitu elektroni, muutudes negatiivseks iooniks.

Kui räni sisse viia näiteks kolmevalentne boori aatom, tekib boori ja nelja naaberräni aatomi vahel kovalentne side ning tänu ühest räni aatomist võetud täiendava elektroni abil saadakse stabiilne kaheksaelektroniline kest. See elektron, olles "seotud", muudab boori aatomi statsionaarseks negatiivseks iooniks (joonis 2.2, a). Lahkunud elektroni asemele moodustub auk, mis lisandub kuumutamisel (termilise genereerimise) tekkivatele oma aukudele. Sel juhul ületab aukude kontsentratsioon pooljuhis tema enda juhtivusega vabade elektronide kontsentratsiooni (p>n). Seega pooljuhis

Joon.2.2. Aktseptori lisanditega pooljuhi struktuur (a) ja ribaskeem (b).

domineerib aukude elektrijuhtivus. Sellist pooljuhti nimetatakse p-tüüpi pooljuhiks.

Kui sellele pooljuhile rakendatakse pinget, hakkab domineerima voolu aukkomponent, st. Jn