Drude-Lorentz 전도의 고전 전자 이론. 전자 전도도 이론 전기 전도도 이론의 기본 원리

고전 전자 이론의 관점에서 볼 때, 금속의 높은 전기 전도도는 고전 뉴턴 역학의 법칙을 따르는 자유 전자의 움직임이 엄청나게 많기 때문입니다. 이 이론에서는 전자 간의 상호 작용은 무시되고 양이온과의 상호 작용은 충돌로만 감소됩니다. 즉, 전도 전자는 단원자 이상 기체와 유사한 전자 기체로 간주됩니다. 이러한 전자 가스는 이상 가스의 모든 법칙을 준수해야 합니다. 결과적으로, 전자의 열 운동의 평균 운동 에너지는 와 같을 것입니다. 여기서 는 전자의 질량이고, 제곱평균제곱근 속도이고, k는 볼츠만 상수, T는 열역학적 온도입니다. 따라서 T = 300K에서 전자 열 운동의 제곱 평균 제곱근 속도는 10 5 m/s입니다.

전자의 혼란스러운 열 이동은 전류의 출현으로 이어질 수 없지만 외부 전기장의 영향으로 도체에서 의 속도로 전자의 규칙적인 이동이 발생합니다. 값은 이전에 도출된 관계로부터 추정할 수 있습니다. 여기서 j는 전류 밀도, 는 전자 농도, e는 전자 전하입니다. 계산에서 알 수 있듯이 "8×10 -4 m/s. 값에 비해 매우 작은 값은 전자와 격자 이온의 충돌이 매우 빈번하기 때문에 설명됩니다. 에 대해 얻은 결과는 매우 먼 거리에 걸쳐 전기 신호가 거의 즉각적으로 전송된다는 사실과 모순되는 것 같습니다. 그러나 사실은 전기 회로가 닫히면 3 × 10 8 m/s(빛의 속도)의 속도로 전기장이 전파된다는 것입니다. 따라서 전계의 영향을 받는 속도로 전자의 규칙적인 이동이 회로의 전체 길이를 따라 거의 즉각적으로 발생하여 즉각적인 신호 전송이 보장됩니다.

고전 전자 이론을 바탕으로 위에서 논의한 전류의 기본 법칙, 즉 옴의 법칙과 줄-렌츠의 법칙이 미분 형태로 도출되었습니다. 또한, 고전 이론은 비데만-프란츠 법칙에 대한 질적 설명을 제공했습니다. 1853년에 I. Wiedemann과 F. Franz는 특정 온도에서 열전도 계수 l과 특정 전도도 g의 비율이 모든 금속에 대해 동일하다는 것을 확인했습니다. 비데만-프란츠 법칙여기서 b는 금속의 성질에 관계없이 상수입니다. 고전 전자 이론은 이 패턴도 설명합니다. 금속 내에서 이동하는 전도 전자는 전하뿐만 아니라 무작위 열 운동의 운동 에너지도 함께 전달합니다. 따라서 전기를 잘 전도하는 금속은 좋은 열 전도체입니다. 고전 전자 이론은 금속의 전기 저항의 특성을 질적으로 설명했습니다. 외부 장에서 전자의 규칙적인 움직임은 격자의 양이온과의 충돌로 인해 중단됩니다. 두 번의 충돌 사이에서 전자는 가속된 속도로 움직이고 에너지를 획득하며, 후속 충돌 중에 이 에너지를 이온으로 되돌려줍니다. 금속에서 전자의 움직임은 가스의 내부 마찰과 유사한 마찰로 발생한다고 가정할 수 있습니다. 이 마찰은 금속에 저항을 생성합니다.

그러나 고전이론은 심각한 어려움에 직면했다. 그 중 일부를 나열해 보겠습니다.

1. 금속의 열용량을 계산할 때 이론과 실험 사이에 불일치가 발생했습니다. 역학 이론에 따르면, 금속의 몰 열용량은 원자의 열용량과 자유 전자의 열용량의 합이어야 합니다. 고체의 원자는 진동 운동만 수행하기 때문에 몰 열용량은 C=3R(R=8.31 ​​​​J/(mol×K) - 몰 가스 상수)과 같습니다. 자유 전자는 병진 방향으로만 이동하며 몰 열용량은 C=3/2R과 같습니다. 총 열용량은 C»4.5R이어야 하지만 실험 데이터에 따르면 C=3R입니다.

그들은 또한 금속의 전류 운반자가 음전하를 띤 전자라는 것을 알고 있었습니다. 남은 것은 원자 수준에서 전기 저항에 대한 설명을 작성하는 것뿐이었습니다. 이런 종류의 첫 번째 시도는 1900년 독일의 물리학자 Paul Drude(1863-1906)에 의해 이루어졌습니다.

전자 전도 이론의 의미는 각 금속 원자가 외부 껍질에서 원자가 전자를 포기하고 이러한 자유 전자가 금속 전체에 퍼져 일종의 음전하 가스를 형성한다는 사실로 귀결됩니다. 이 경우 금속 원자는 3차원 결정 격자로 결합되어 내부의 자유 전자의 이동을 실질적으로 방해하지 않습니다. 센티미터.화학 접착제). 전위차가 도체에 적용되자마자(예: 배터리의 두 단자를 단락시켜) 자유 전자가 질서 있게 움직이기 시작합니다. 처음에는 균일하게 가속되어 움직이지만 오래 가지 못합니다. 곧 전자가 가속을 멈추고 격자 원자와 충돌하여 조건부 휴지점에 비해 진폭이 증가하면서 진동하기 시작하고 열전을 관찰하기 때문입니다. 도체 가열의 효과.

이러한 충돌은 예를 들어 사람이 밀집된 군중 속에서 충분히 빠른 속도로 움직이는 것이 어려운 것과 유사하게 전자에 대한 지연 효과를 갖습니다. 결과적으로 전자의 속도는 특정 평균 수준으로 설정됩니다. 마이그레이션 속도, 그리고 실제로 이 속도는 결코 높지 않습니다. 예를 들어, 일반 가정용 전기 배선에서 전자 이동의 평균 속도는 초당 몇 밀리미터에 불과합니다. 즉, 전자는 전선을 따라 날아가는 것이 아니라 달팽이에 적합한 속도로 전선을 따라 기어갑니다. 전구의 빛은 느린 전자가 모두 움직이기 시작하기 때문에 거의 즉시 켜집니다. 동시에, 스위치 버튼을 누르자마자 전구 코일의 전자도 즉시 움직이기 시작합니다. 즉, 스위치 버튼을 누르면 물로 채워진 급수 호스에 연결된 펌프를 켰을 때 발생하는 것과 유사한 효과가 전선에 생성됩니다. 펌프 반대편 끝의 흐름이 돌진합니다. 즉시 호스를 제거하십시오.

Drude는 자유 전자에 대한 설명을 매우 진지하게 받아들였습니다. 그는 금속 내부에서 이들이 이상 기체처럼 거동한다고 가정하고 이상 기체 상태 방정식을 여기에 적용하여 전자 충돌과 이상 기체 분자의 열 충돌 사이의 유추를 꽤 공정하게 이끌어 냈습니다. 이를 통해 그는 자유 전자와 결정 격자 원자의 충돌 사이의 평균 시간의 함수로 전기 저항에 대한 공식을 공식화할 수 있었습니다. 많은 간단한 이론과 마찬가지로 전자 전도도 이론은 전기 전도도 분야의 일부 기본 현상을 설명하는 데는 능숙하지만 이 현상의 많은 미묘한 차이를 설명하는 데에는 힘이 없습니다. 특히, 초저온에서의 초전도 현상을 설명하지 못할 뿐만 아니라( 센티미터.반대로 초전도 이론은 온도가 절대 영도에 가까워지면 모든 물질의 전기 저항이 무제한으로 증가한다고 예측합니다. 따라서 오늘날 물질의 전기 전도성 특성은 일반적으로 양자 역학의 틀 내에서 해석됩니다. 센티미터.

원자는 에너지에 의해 결정되는 층(껍질) 내에서 핵으로부터 일정 거리 떨어진 곳에서 움직이는 전자 구름으로 둘러싸인 핵으로 구성됩니다. 회전하는 전자가 핵에서 멀어질수록 에너지 준위는 높아집니다. 자유 원자는 별개의 에너지 스펙트럼을 가지고 있습니다. 전자가 허용된 한 준위에서 더 먼 다른 준위로 전이할 때 에너지가 흡수되고 역전이 중에 방출됩니다. 에너지의 흡수와 방출은 엄격하게 정의된 부분, 즉 양자에서만 발생할 수 있습니다. 각 에너지 준위에는 2개 이하의 전자가 포함될 수 있습니다. 에너지 수준 사이의 거리는 에너지가 증가함에 따라 감소합니다. 에너지 스펙트럼의 "천장"은 전자가 자유로워지고 원자를 떠날 수 있는 에너지를 획득하는 이온화 수준입니다.

다양한 원소의 원자 구조를 살펴보면 전자로 완전히 채워진 껍질(내부)과 채워지지 않은 껍질(외부)을 구분할 수 있습니다. 후자는 핵과의 연결이 약하고 다른 원자와 더 쉽게 상호작용합니다. 따라서 미완성 외부 껍질에 위치한 전자를 원자가 전자라고합니다.

분자가 형성되면 개별 원자 사이에 다양한 유형의 결합이 작용합니다. 반도체의 경우 가장 일반적인 것은 이웃 원자의 원자가 전자를 공유하여 형성된 공유 결합입니다. 예를 들어, 4개의 원자가 전자를 갖는 원자인 게르마늄에서는 4개의 이웃 원자 사이의 분자에서 공유 결합이 발생합니다(그림 2.1, a).

쌀. 2.1. 결정 격자의 게르마늄 원자 결합 구조(a)와 금지 및 허용 기호(b)

원자가 속박된 상태에 있으면 원자가 전자는 이웃 원자의 전자장과 핵에 의해 영향을 받으며, 그 결과 원자의 각 개별 허용 에너지 준위는 여러 개의 새로운 에너지 준위로 분할됩니다. 에너지가 서로 가깝습니다. 각 준위에는 전자 2개만 포함될 수도 있습니다. 각각 전자를 포함할 수 있는 준위 세트를 그림에서 허용 밴드라고 합니다. . 허용 구역 사이의 간격을 금지 구역이라고 합니다(그림 2). 원자의 낮은 에너지 준위는 일반적으로 띠를 형성하지 않습니다. 고체의 내부 전자 껍질은 이웃 원자와 약하게 상호 작용하여 외부 껍질에 의해 "보호"되기 때문입니다. 고체의 에너지 스펙트럼에서는 허용된(완전히 채워진) 밴드, 금지된 밴드 및 전도대의 세 가지 유형의 밴드를 구별할 수 있습니다.

허용된 밴드는 0K 온도에서 모든 준위가 전자로 채워져 있다는 사실을 특징으로 합니다. 위쪽으로 채워진 밴드를 원자가 밴드라고 합니다.

금지대의 특징은 그 한계 내에서 전자가 위치할 수 있는 에너지 준위가 없다는 사실입니다.

전도대는 그 안에 위치한 전자가 원자와의 결합에서 벗어나 예를 들어 전기장의 영향을 받아 고체 내부로 이동할 수 있는 에너지를 가지고 있다는 사실을 특징으로 합니다.

물질을 금속, 반도체, 유전체로 분리하는 것은 절대 영도 온도에서 신체의 밴드 구조를 기반으로 수행됩니다.

금속에서는 원자가 띠와 전도 띠가 서로 겹치므로 0K에서 금속은 전기 전도성을 갖습니다.

반도체와 유전체의 경우 0K의 전도대는 비어 있고 전기 전도성이 없습니다. 그들 사이의 차이점은 AE의 밴드 갭에서 순전히 정량적입니다. 가장 일반적인 반도체(미래에 고온 장치를 만들려는 기반이 되는 반도체) 유전체에서.

반도체에서는 0이 아닌 특정 온도 값에서 전자 중 일부가 전도대로 이동하기에 충분한 에너지를 갖게 됩니다. 이들 전자는 자유로워지고 반도체는 전기 전도성이 됩니다.

가전자대에서 전자가 이탈하면 채워지지 않은 에너지 준위가 형성됩니다. 비어있는 에너지 상태를 정공(hole)이라고 합니다.

전기장이 있는 경우 이웃 원자의 원자가 전자가 이러한 자유 준위로 이동하여 다른 곳에 정공을 생성할 수 있습니다. 이러한 전자의 움직임은 양으로 하전된 가상 전하(정공)의 움직임으로 간주될 수 있습니다.

자유전자의 이동으로 인한 전기전도도를 전자라 하고, 정공의 이동으로 인한 전기전도도를 정공전도도라고 합니다.

0K가 아닌 온도에서 절대적으로 순수하고 균질한 반도체에서는 자유 전자와 정공이 쌍으로 형성됩니다. 즉, 전자의 수는 정공의 수와 같습니다. 열 발생의 쌍을 이루는 캐리어로 인해 이러한 반도체(고유)의 전기 전도도를 고유라고 합니다.

전자-정공 쌍을 형성하는 과정을 쌍 생성이라고 합니다. 이 경우 쌍의 생성은 열 에너지(열 생성)의 영향뿐만 아니라 움직이는 입자의 운동 에너지(충격 생성), 전기장 에너지, 빛 조사 에너지(빛 생성)의 결과일 수도 있습니다. ), 등.

원자가 결합이 파열되어 형성된 전자와 정공은 전자가 정공에 의해 "포획"될 때까지 반도체 부피 내에서 혼란스러운 운동을 겪고, 정공의 에너지 준위는 전자에 의해 "점유"됩니다. 전도대. 이 경우 끊어진 원자가 결합이 복원되고 전하 운반자(전자와 정공)가 사라집니다. 끊어진 원자가 결합을 회복하는 과정을 재조합이라고 합니다.

전하 운반체인 입자가 생성된 순간부터 재결합할 때까지의 시간을 수명이라고 하며, 입자가 수명 동안 이동한 거리를 확산 길이라고 합니다. 전하 캐리어마다 수명이 다르기 때문에 반도체의 특성상 수명은 전하 캐리어의 평균(통계적 평균) 수명으로 이해하는 경우가 가장 많고, 확산 길이는 전하 캐리어가 이동하는 평균 거리로 이해하는 경우가 많습니다. 평균 수명 동안. 전자와 정공의 확산 길이와 수명은 다음 관계에 의해 서로 관련됩니다.

전자와 정공의 확산 길이는 어디에 있습니까? - 전자와 정공의 수명; - 전자와 정공의 확산 계수(농도의 단위 구배에서 전하 캐리어 플럭스의 밀도).

전하 캐리어의 평균 수명은 어떤 방식으로든 반도체에 도입된 전하 캐리어의 농도가 ()배만큼 감소하는 기간으로 수치적으로 정의됩니다.

반도체에 강도 E의 전기장이 생성되면 전하 운반체의 혼란스러운 움직임이 규칙화됩니다. 즉, 정공과 전자가 서로 반대 방향으로 움직이기 시작하고 정공은 방향과 일치하는 방향으로 움직입니다. 전기장의. 두 개의 역방향 전하 캐리어 흐름이 발생하여 밀도가 동일한 전류가 생성됩니다.

여기서 q는 전하 캐리어(전자)의 전하입니다. - 물질의 단위 부피당 전자와 정공의 수 , - 전하 캐리어의 이동성.

전하 캐리어의 이동도는 강도가 있는 전기장에서 평균 방향 속도를 특징으로 하는 물리량입니다. 여기서 v는 캐리어의 평균 속도입니다.

반대 부호의 전하 캐리어는 반대 방향으로 이동하므로 결과적으로 반도체의 전류 밀도는

전기장과 전위 구배로 인해 발생하는 반도체 내 전하 캐리어의 이동을 드리프트라고 하며, 이러한 전하에 의해 생성된 전류를 드리프트 전류라고 합니다.

농도 구배의 영향을 받는 이동을 확산이라고 합니다.

반도체 a의 전도도는 전기장 강도에 대한 특정 전류 밀도의 비율로 확인할 수 있습니다.

반도체의 저항은 어디에 있습니까?

전자 회로의 반도체 부품

반도체의 전기 전도성

반도체에는 실온에서 10 -5 ~ 10 10 Ohm cm의 특정 전기 저항을 갖는 재료가 포함됩니다 (반도체 기술에서는 재료의 1 cm 3 저항을 측정하는 것이 일반적입니다). 반도체의 수는 금속과 유전체의 수를 초과합니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 실리콘, 갈륨 비소, 셀레늄, 게르마늄, 텔루르, 다양한 산화물, 황화물, 질화물 및 탄화물입니다.

전기 전도도 이론의 기본 원리.

원자는 에너지에 의해 결정되는 층(껍질) 내에서 핵으로부터 일정 거리 떨어진 곳에서 움직이는 전자 구름으로 둘러싸인 핵으로 구성됩니다. 회전하는 전자가 핵에서 멀어질수록 에너지 준위는 높아집니다. 자유 원자는 별개의 에너지 스펙트럼을 가지고 있습니다. 전자가 허용된 한 준위에서 더 먼 다른 준위로 전이할 때 에너지가 흡수되고 역전이 중에 방출됩니다. 에너지의 흡수와 방출은 엄격하게 정의된 부분, 즉 양자에서만 발생할 수 있습니다. 각 에너지 준위에는 2개 이하의 전자가 포함될 수 있습니다. 에너지 수준 사이의 거리는 에너지가 증가함에 따라 감소합니다. 에너지 스펙트럼의 "천장"은 전자가 자유로워지고 원자를 떠날 수 있는 에너지를 획득하는 이온화 수준입니다.

다양한 원소의 원자 구조를 살펴보면 전자로 완전히 채워진 껍질(내부)과 채워지지 않은 껍질(외부)을 구분할 수 있습니다. 후자는 핵과의 연결이 약하고 다른 원자와 더 쉽게 상호작용합니다. 따라서 미완성 외부 껍질에 위치한 전자를 원자가 전자라고합니다.

그림 2.1. 결정 격자의 게르마늄 원자 결합 구조와 금지 구역 및 허용 구역의 기호.

분자가 형성되면 개별 원자 사이에 다양한 유형의 결합이 작용합니다. 반도체의 경우 가장 일반적인 것은 원자가 전자를 이웃 전자와 공유하여 형성된 공유 결합입니다. 예를 들어, 4개의 원자가 전자를 갖는 원자인 실리콘에서는 4개의 이웃 원자 사이의 분자에서 공유 결합이 발생합니다(그림 2.1, a).

원자가 속박된 상태에 있으면 원자가 전자는 이웃한 원자의 전자장과 핵의 영향을 받아 원자의 각 개별 허용 에너지 준위가 여러 개의 새로운 에너지 준위로 분할됩니다. 에너지가 서로 가깝습니다. 각 준위에는 전자 2개만 포함될 수도 있습니다. 각각 전자를 포함할 수 있는 레벨 집합을 허용 밴드(그림 2.1, b의 1, 3)라고 합니다. 허용 구역 사이의 간격을 금지 구역이라고 합니다(그림 2.1, b의 2). 원자의 낮은 에너지 준위는 일반적으로 띠를 형성하지 않습니다. 고체의 내부 전자 껍질은 이웃 원자와 약하게 상호 작용하여 외부 껍질에 의해 "보호"되기 때문입니다. 고체의 에너지 스펙트럼에서는 허용된(완전히 채워진) 밴드, 금지된 밴드 및 전도대의 세 가지 유형의 밴드를 구별할 수 있습니다.

허용된이 구역은 0K 온도에서 모든 준위가 전자로 채워져 있다는 사실이 특징입니다. 위쪽으로 채워진 밴드를 원자가 밴드라고 합니다.

금지이 구역은 경계 내에 전자가 위치할 수 있는 에너지 준위가 없다는 사실이 특징입니다.

전도대는 그 안에 위치한 전자가 원자와의 결합에서 벗어나 예를 들어 전기장의 영향을 받아 고체 내부로 이동할 수 있는 에너지를 가지고 있다는 사실을 특징으로 합니다.

물질을 금속, 반도체, 유전체로 분리하는 것은 절대 영도 온도에서 신체의 밴드 구조를 기반으로 수행됩니다.

금속에서는 가전자대와 전도대가 서로 겹치므로 0K에서 금속은 전기 전도성을 갖습니다.

반도체와 유전체의 경우 0K의 전도대는 비어 있고 전기 전도성이 없습니다. 그들 사이의 차이점은 밴드 갭 ΔE에서 순전히 정량적입니다. 가장 일반적인 반도체의 경우 ΔE=0.1¶3eV(미래에 고온 장치를 만들려는 반도체의 경우 ΔE=3¶6eV), 유전체의 경우 ΔE>6eV입니다.

반도체에서는 0이 아닌 특정 온도 값에서 전자 중 일부가 전도대로 이동하기에 충분한 에너지를 갖게 됩니다. 이들 전자는 자유로워지고 반도체는 전기 전도성이 됩니다.

가전자대에서 전자가 이탈하면 채워지지 않은 에너지 준위가 형성됩니다. 비어있는 에너지 상태를 정공(hole)이라고 합니다. 전기장이 존재할 때 이웃 원자의 원자가 전자는 이러한 자유 준위로 이동하여 다른 곳에 정공을 생성할 수 있습니다. 이러한 전자의 움직임은 양으로 하전된 가상 전하, 즉 정공의 움직임으로 간주될 수 있습니다.

자유전자의 이동으로 인한 전기전도도를 전자라 하고, 정공의 이동으로 인한 전기전도도를 정공전도도라고 합니다.

0K가 아닌 온도에서 절대적으로 순수하고 균질한 반도체에서는 자유 전자와 정공이 쌍으로 형성됩니다. 전자의 수는 정공의 수와 같습니다. 열 발생의 쌍을 이루는 캐리어로 인해 이러한 반도체(고유)의 전기 전도도를 고유라고 합니다.

전자-정공 쌍을 형성하는 과정을 쌍 생성이라고 합니다. 이 경우 쌍의 생성은 열 에너지(열 생성)의 영향뿐만 아니라 움직이는 입자의 운동 에너지(충격 생성), 전기장 에너지, 빛 조사 에너지(빛 생성)의 결과일 수도 있습니다. ), 등.

원자가 결합이 파열되어 형성된 전자와 정공은 전자가 정공에 의해 "포획"될 때까지 반도체 부피 내에서 혼란스러운 운동을 겪고, 정공의 에너지 준위는 전자에 의해 "점유"됩니다. 전도대. 이 경우 끊어진 원자가 결합이 복원되고 전하 운반자(전자와 정공)가 사라집니다. 끊어진 원자가 결합을 회복하는 과정을 재조합이라고 합니다.

전하 캐리어인 입자가 생성된 순간부터 재결합할 때까지의 시간을 수명이라고 하며, 입자가 수명 동안 이동한 거리를 확산 길이라고 합니다. 각 캐리어의 수명은 다르기 때문에 반도체를 명확하게 특성화하기 위해 수명은 전하 캐리어의 평균(통계적 평균) 수명으로 가장 많이 이해되며, 확산 길이는 전하 캐리어가 평균 수명 동안 이동하는 평균 거리입니다. . 전자와 정공의 확산 길이와 수명은 다음 관계에 의해 서로 관련됩니다.

; (2,1)

여기서 는 전자와 정공의 확산 길이입니다.

, – 전자와 정공의 수명;

– 전자와 정공의 확산 계수(농도의 단위 구배에서 전하 캐리어 플럭스의 밀도).

전하 캐리어의 평균 수명은 어떤 방식으로든 반도체에 도입된 전하 캐리어의 농도가 다음과 같이 감소하는 기간으로 수치적으로 정의됩니다. 이자형한 번 ( 이자형≈2,7).

반도체에 강도 E의 전기장이 생성되면 전하 캐리어의 혼란스러운 움직임이 순서대로 지정됩니다. 정공과 전자는 서로 반대 방향으로 움직이기 시작하며, 정공의 방향은 전기장의 방향과 일치합니다. 두 개의 역방향 전하 캐리어 흐름이 발생하여 밀도가 동일한 전류가 생성됩니다.

존박사 = qnμn E; 일본박사 = qpμp E,(2,2)

어디 큐-전하 캐리어(전자)의 전하;

엔, 피– 물질의 단위 부피당 전자와 정공의 수(농도)

μ n , μ p -전하 캐리어의 이동성.

전하 캐리어의 이동도는 1V/cm의 강도를 갖는 전기장에서 평균 방향 속도를 특징으로 하는 물리량입니다. μ =v/E,어디 V-평균 캐리어 속도.

반대 부호의 전하 캐리어는 반대 방향으로 이동하므로 결과적으로 반도체의 전류 밀도는

제이박사 = 존박사 + 일본박사 =( qnμ n +qpμ p)이자형 (2.3)

전기장과 전위 구배로 인해 발생하는 반도체 내 전하 캐리어의 이동을 드리프트라고 하며, 이러한 전하에 의해 생성된 전류를 드리프트 전류라고 합니다.

농도 구배의 영향을 받는 이동을 확산이라고 합니다.

반도체의 비전도율 σ는 전기장 강도에 대한 특정 전류 밀도의 비율로 찾을 수 있습니다.

σ =1/ρ= J/E=qnμ n +qpμ p,

여기서 ρ는 반도체의 저항률입니다.

불순물 전기 전도성.반도체의 전기적 특성은 불순물 원자의 함량뿐만 아니라 결정 격자의 다양한 결함(빈 격자 위치, 격자 위치 사이에 위치한 원자 또는 이온 등)에 따라 달라집니다. 불순물은 수용체이자 공여체입니다.

수용체 불순물. 수용체 불순물의 원자는 외부로부터 하나 이상의 전자를 받아들여 음이온으로 변할 수 있습니다.

예를 들어, 3가 붕소 원자가 실리콘에 도입되면 붕소와 4개의 이웃 실리콘 원자 사이에 공유 결합이 형성되고 실리콘 원자 중 하나에서 추가 전자를 빼앗아 안정적인 8전자 껍질이 얻어집니다. 이 전자는 "결합"되어 붕소 원자를 고정된 음이온으로 바꿉니다(그림 2.2, a). 이탈된 전자 대신에 정공이 형성되고, 이는 가열(열 발생)에 의해 생성된 자신의 정공에 추가됩니다. 이 경우 반도체의 정공 농도는 자체 전도성(p>n)을 갖는 자유 전자의 농도를 초과합니다. 그러므로 반도체에서는

그림 2.2. 억셉터 불순물이 있는 반도체의 구조(a)와 밴드 다이어그램(b).

구멍 전기 전도도가 우세합니다. 이러한 반도체를 p형 반도체라고 한다.

이 반도체에 전압이 가해지면 전류의 정공 성분이 지배적입니다. 존