Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
32
2.Właściwościwybranychmateriałówelektronicznych
2.1.3.Półprzewodnikiniedomieszkowane(samoistne)
Wpółprzewodnikachjużwtemperaturze300K(anawetniższej)pewnaczęśćelektronów
przechodzidopasmaprzewodnictwa,pozostawiającmiejscanieobsadzonewpaśmie
podstawowym.Miejscate,odpowiadającebrakowielektronów(ładunkówujemnych),
mogąbyćzajmowaneprzezelektronyusytuowanenaniższychpoziomachwtympaśmie
(pootrzymaniuzzewnątrzodpowiedniejenergii).Procespojawianiasięelektronówwpa-
śmieprzewodnictwaiwolnychmiejsc(dziur)wpaśmiepodstawowympodwpływem
wzrostutemperaturynosinazwęgeneracjitermicznejparelektron-dziura.
Liczbęnośnikówładunkówokreślasięzapomocągęstościlubkoncentracji,tj.licz-
bynośnikówwjednostceobjętości.Koncentracjęelektronówwpaśmieprzewodnictwa
wpółprzewodnikusamoistnymoznaczasięprzezn
i
,natomiastkoncentracjędziurwpa-
śmiepodstawowymprzezpi.
Jednocześniezezjawiskiemgeneracjitermicznejparnośnikówwystępujeproces
odwrotny-łączeniasięelektronówzdziurami,nazywanyrekombinacją.Wstanie
równowagitermicznejobydwateprocesy,statystyczniebiorąc,majązrównoważone
szybkości.Oznaczato,żekoncentracjaelektronówwpaśmieprzewodnictwan
i
jest
równakoncentracjidziurwpaśmiepodstawowymp
i
.Iloczyntychkoncentracjijest
wykładnicząfunkcjątemperatury(T)iszerokościpasmazabronionegoWg,czyli
n
i
2
=
np
ii
=
AT
3
e
−
Wg
kT
,
(2.1)
gdzie:A-współczynnikproporcjonalności;k=1,38∙10-23J/K-stałaBoltzmanna;
e-podstawalogarytmunaturalnego(ln)równa2,71828ł.
Omawianepółprzewodniki,niemającedodatkowychpoziomówenergetycznych
wpaśmiezabronionym,nosząnazwępółprzewodnikówsamoistnych.Wpółprze-
wodnikachtychpoziomFermiegoleżypośrodkuprzerwyzabronionej.Zewzrostem
temperaturypoziomtenprzesuwasiędogranicypasmaprzewodnictwa.Półprzewodniki
samoistneniemająwswojejstrukturzeatomówobcychpierwiastków,awięccharak-
teryzująsięidealnąsieciąkrystaliczną.Koncentracjanośnikówwstanierównowagi
nosinazwękoncentracjirównowagowej.Koncentracjeniipisąwięckoncentracjami
równowagowymisamoistnymi.WtemperaturzeT=300Kkoncentracjetewynoszą:
—wkrzemieni=pi=1,5·10
10cm-3=1,5·1016m-3(przyW
g=1,lleV),
—wgermanieni=pi=2,5·10
13cm-3=2,5·1019m-3(przyW
g=0,67eV).
Koncentracjerównowagowesąmałewporównaniuzogólnąliczbąatomów
w1cm3tychpółprzewodników(wkrzemie-5·1022cm-3=5·1028m-3,wgerma-
nie-4,4·1022cm-3=4,4·1028m-3).
2.1.4.Półprzewodnikidomieszkowane(niesamoistne)
Wdotychczasrozpatrywanychpółprzewodnikachzakładanoistnieniedoskonaleregular-
nejstruktury.Wrzeczywistościwsiecikrystalicznejmogąwystępowaćdefektywpostaci
atomówmiędzywęzłowych(zanieczyszczenia),luk(brakatomówwposzczególnych
