Ge или Si, образуя ковалентные или парноэлектронные связи. Причем электр. связи принадлежат обоим связанным между собой атомам. Для наглядности атомную решетку можно изобразить в виде плоской сетки, в кот. каждый атом соединяется парной эл-ной связью с 4 ближайшими атомами.

(рис.1) Такая решетка явл-ется идеальной. П/п-ки с идеальной КР (не имеющей примесей) называются СОБСТВЕННЫМИ. (= СП/п-ки)

При температуре абсолютного нуля все валентные эл-ны в СП/п-ке связаны. Если поместить такой кристалл в электрическое поле, то ток не возникает, поскольку нет свободных эл-нов – идеальный изолятор.

Свободный электрон или электрон проводимости может появиться в СП/п-ке только в том случае, если валентый эл-он освободится из какой-либо связи. Для этого необходима определенная энергия, которая зависит от силы связи валентных эл-нов с атомами и для разных полупроводников она различна, так как при освобождении эл-н получает доп. Энергию, то его полная энергия будет больше, чем у связанных эл-нов на величину, необходимую для разрыва связи.

Если отложить на вертикали полную энергию св. и связанных эл-нов, то получится след. график. (рис 2)

Энергией выше Ес могут обладать только свободные эл-ны, а энергией, меньше Еv будут обладать только валентные эл-ны. Поэтому зону энергии, выше Еc называют зоной проводимости, а ниже Еv - валентной зоной, поскольку в идеальных кристаллах эл-ны не могут обладать энергией.

Для Ge ширина запретной зоны сост. 0.72 эВ. Для Si – 1.21 эВ. (1эВ=1.61·10­‾¹9)Дж.

Как видно, получить св.эл. в Ge легче, чем в Si. Освобождение валентных эл-нов может происходить за счет тепла, света, эл. поля и различных видов излучений. При t, отличной от абс. Нуля, всегда имеется вероятность того, что какие-то ел-ны за счет тепловых колебаний получат энергию больше ширины запретной зоны и станут свободными. Число свободных электронов увеличивается с t по экспоненциальному закону

n=Nc·e - ∆Е/2КТ

где n – концентрация св. эл-нов в см³.

∆ E – ширина запретной зоны

T – абсолютная температура в Кельвинах

Л – пост. Больцмана=1.38·10-23 Дж/град.

Nc - максимально возможная эффективная плотность электр. проводимости.

При Т стремящейся к бесконечности n стремится к Nc.

Если валентный эл-н разорвал ковалентную связь и стал эл. проводимости, наблюдается местное нарушение электр. нейтральности, т.е. в этом месте будет преобладать положительный заряд ядер, равный заряду эл-на. Эти вакантные места, появл. в валентных связях, называются дырками. Дырка может быть заполнена валентным эл-ном из соседней связи. При этом одна связь заполнится, а другая станет дефектной, след. дырки могут перемещаться по кристаллу вместе с положительным зарядом. Т. в СПП-ке дырка появляется только при образовании св. эл-нов, то число дырок в нем всегда равно числу свободных электронов.

Св. эл-н может занять дырку и вновь стать валентным. При этом выделяется энергия дельта Е, в виде тепла или света. Такой процесс превращения св. эл-нов в связанный, приводящий к исчезновению св.эл-нов и дырки, наз. рекомбинацией. Обратный процесс = генерация. При отсутствии эл. поля в СПП-ке эл ток не возникает, те эл-ны и дырки находятся в состоянии хаотического теплового движения.

4.Электронный полупроводник.

Применение в технике чистых п/п-вых материалов очень ограничено. Почти во всех п/п приборах используются материалы, легированные примесями. При введении в п/п различных примесей можно > концентрацию эл-нов, не увеличивая одновременно концентрацию дырок и наоборот, т.е. получать п/п с дырочной или эл. проводимостью. В качестве примесей обычно ис-ся эл-ты 3 или 5 группы ПСХЭ. Элементы 5 группы служат для создания эл-х п/п, их называют донорами, тк они отдают в кристалл свободный эл. В качестве донорных примесей используется сурьма, фосфор, мышьяк. При введении атома донора в КР Ge только 4 эл-на от донорного атома могут участвовать в образовании КС с соседними атомами. Пятый эл-н при t, близкой к абс. нулю, будет вращаться вокруг атома донора и удерживаться около него за счет сил электр. притяжения.

(рис 1) При повышении t, свободным становится в первую очередь эл. донора, а его атом приобретает положительный заряд, т.е. ионизируется. Причем, тк ион прочно связан валентными эл-нами с соседними атомами, он не может передвигаться по кристаллу и создавать ток. То, для п/п-ка образование св.эл-нов не сопровождается образованием дырки. Ток может образовываться только эл-нами. Поэтому такие проводники называются электронными.

5.Дырочный проводник.

Вводятся эл-ты 3-й группы – Al, B, Ga.

(Рис) Эти примеси называют акцепторными, тк они могут забирать валентные эл-ны от соседних атомов и то создавать дырки. Атом примеси, присоед. один эл, становится отрицательным. Однако в целом кристалл остается нейтральным, т.е. образование дырки не сопровождается образованием электронов.

Заряд в п\п-х, легированных акцепторами, переносятся в основном дырками. Поэтому такие п/п называются дырочными, а дырки – основными носителями. В п\п-х электр. ток может быть вызван двумя причинами – электр. полем и неравномерным перераспределением заряда (эл-нов или дырок) по объему. Ток, образующ. при дрейфе носителей заряда в электр. поле, называют дрейфовым или током проводимости.

Ток, возникающ. при диффузии носителей из области, где их концентрация повышена, назыв. диффузионным.

6. Электронно-дырочный переход (полупроводниковый диод) = p/n-переход

p/n-переход – основной элемент современных диодов и транзисторов. Он возникает на границе между дырочной и эл-ной областью одного кристалла. p/n-переход обладает вентельными св-вами, что позволяет создать п/п диод.(рис) Изобразим условно кристалл, одна часть которого имеет дырочную проводимость, другая – эл-ную. В этом случае эл-ны и дырки могут переходить через границу. Слева от границы раздела эл-нов значительно <, поэтому они стремятся дифундировать в р-область. Однако, как только эл-ны попадают в р-область, они начинают рекомбинировать с дырками,с основными носителями в р-области и их концентрация быстро убывает по мере их углубления. Аналогично дырки диффундируют из р-области в n-область.

Уходя в другую область, свободные носители оставляют некомпенсированный заряд ионизированных атомом примесей, связанных с КР. В n-области положительный заряд ионизированных доноров, в р-области – отриц. заряд ионизированных акцепторов. На границе области образуются 2 слоя противоположных по знаку зарядов, т.е. эл. поле. Тк оно препятствует диффузии основных носителей, то его называют потенциальным барьером. Продиффундировать через p/n-переход могут только те носители, тепловая энергия которых достаточна, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Однако этот барьер способствует переходу не основных носителей. Под действием поля появляется дрейфовый ток, состоящий из неосновных носителей и направленный навстречу диффузионному току основных. Если p/n-переход изолирован, то эти два тока равны и общий ток равен нулю.