Понятие - дырка
Cтраница 3
В заполненной зоне егц и большинство уровней заполнены электронами. За счет переходов электронов на возбужденные уровни, где вг А, часть уровней в заполненной зоне может оказаться свободной. Для описания системы в этих случаях вводится понятие дырки как уровня, который заполнен при Т - 0, но при Г0 оказался вакантным. В классической статистике и ( Т) вычисляют, исходя из (IX.7), но величина ( г не имеет простого истолкования. [31]
Следовательно, прохождение электрического тока через полупроводниковый кристалл обусловливается одновременным перемещением электронов и в зоне проводимости, и в валентной зоне. Перемещение электрона ( см. рис. 38, б) к потолку валентной зоны приводит к фактическому движению заряда с положительным знаком на то место, где только что находился электрон. Во избежание трудностей при описании такого движения было введено понятие дырки, перемещение которой в электрическом поле происходит в противоположном направлении по сравнению с электроном. Дырки с меньшей энергией располагаются у потолка валентной зоны и увеличивают свою энергию, перемещаясь по шкале энергий в глубь валентной зоны, т.е. для дырок и электронов отсчет энергий идет в противоположных направлениях. [33]
Необходимо, однако, отметить одно существенное различие между твердыми кристаллами и жидкостями. В кристаллах мы имели дело с дырками в виде пустых, незанятых узлов решетки. Поскольку при плавлении кристалла решетка его как бы размывается, понятие дырок как пустых узлов решетки в значительной мере утрачивает смысл. [34]
При этом в валентной зоне образуется такое же количество свободных состояний, так что электроны валентной зоны также смогут принять участие в процессе проводимости. Вблизи верхней границы валентной зоны эффективная масса электронов отрицательна, и поэтому, как было показано ранее, в валентной зоне используется понятие дырки. [35]
Полупроводник, не содержащий примесей, в нормальных условиях обладает так. Например, в германии - элементе IV группы - между атомами в кристаллической решетке существуют парноэлектрон-ные ( ковалентные) связи: под влиянием теплового движения появляются свободные электроны и часть ковалентных связей нарушается. Одновременно со свободными электронами появляются и положительные носители, так называемые дырки. Понятие дырки означает вакантное место - недостаток электрона в атоме и нарушение одной из связей. Вакантное место может занять валентный электрон соседнего атома; тогда нарушенная связь восстанавливается, но зато исчезнет связь в другом месте, откуда был переброшен электрон; там появится дырка. Хотя этот процесс представляет собой переход электрона, он вместе с тем сопровождается как бы перемещением дырки в противоположном направлении. [36]
Мы должны отметить здесь еще одно существенное в рассматриваемом отношении различие между кристаллами и жидкостями. В кристаллах мы имеем дело с дырками двух вполне определенных сортов, а именно - с междоузлиями и с пустыми узлами, причем термин дырка применяется нами только к последним. В случае жидкостей понятия узлов и междоузлий утрачивают смысл. Поэтому утрачивают смысл понятие дырок как пустых узлов и противопоставление его понятию дырок типа междоузлий. [37]
Мы должны отметить здесь еще одно существенное в рассматриваемом отношении различие между кристаллами и жидкостями. В кристаллах мы имеем дело с дырками двух вполне определенных сортов, а именно - с междоузлиями и с пустыми узлами, причем термин дырка применяется нами только к последним. В случае жидкостей понятия узлов и междоузлий утрачивают смысл. Поэтому утрачивают смысл понятие дырок как пустых узлов и противопоставление его понятию дырок типа междоузлий. [38]
Вакантная связь получила название дырки в связях, или просто дырки, и механизм проводимости посредством связанных электронов получил название дырочной проводимости. Величина р называется при этом концентрацией дырок, рр - подвижностью дырок, а ер е - зарядом дырки. При этом рассматривают дырки как некие квазичастицы, движение которых вполне аджватно движению валентных электронов. Для того чтобы прийти к непротиворечивым результатам при описании физических явлений с помощью понятий дырок, необходимо правильно определить все свойства дырок. [39]
Вакантная связь получила название дырки в связях, или просто дырки, и механизм проводимости посредством связанных электронов получил название дырочной проводимости. Величину р называют при этом концентрацией дырок, ip - подвижностью дырок, а ер - е - зарядом дырки. При этом рассматривают дырки как некие квазичастицы, движение которых вполне адекватно движению валентных электронов. Для того чтобы прийти к непротиворечивым результатам при описании физических явлений с помощью понятия дырок, необходимо правильно определить все свойства дырок. [40]
Поясним понятие дырки с точки зрения зонной теории. Для этого предположим, что к полупроводнику приложено внешнее напряжение. Оказывается, что движение огромного количества электронов валентной зоны с самыми различными эффективными массами эквивалентно движению ограниченного ( равного числу незаполненных уровней) количества фиктивных кеазичастиц сположительным зарядом и п о л о ж и т е л ь н о и эффективной массой. Именно эти квазичастицы получили название дырок. Рациональность понятия дырок состоит в том, что весьма сложный анализ кинетики электронов в почти полной валентной зоне удается свести к сравнительно простому анализу кинетики дырок в почти пустой ( по отношению к дыркам. При этом поведение дырок оказывается аналогичным поведению свободных электронов в почти пустой ( по отношению к электронам. [41]
 |
Диаграмма энергетических спектров электронов в полупроводниках. а - чистом. б - с доиорной примесью. в - с акцепторной примесью. [42] |
Под действием электрического поля электроны приобретают направленное движение. Однако это явление эквивалентно тому, что при движении электронов, находящихся на уровнях основного спектра, свободные места с энергией этого уровня перемещаются в направлении, противоположном движению электронов. Электропроводность при этом может быть объяснена либо как направленное движение электронов, либо как условное перемещение в противоположном направлении свободных энергетических уровней, или вакансий. Из приведенной схемы следует, что процесс перемещения отрицательно заряженных электронов в этом случае условно можно заменить процессом противоположного им перемещения некоторых фиктивных положительных зарядов, которые получили название дырок. Введение понятия дырок позволяет значительно упростить теоретический анализ явлений, имеющих место при рассмотренном типе электрической проводимости полупроводников, которая называется дырочной проводимостью. [43]
Рассмотренная зонная схема для случая реальных тел неприемлема, если не учитывать наличия дефектов в кристаллической решетке. Простейшими видами дефектов, наблюдаемых даже в случае кристаллической решетки идеально чистых химических веществ, являются так называемые дефекты по Френкелю и по Шоттки. При некоторых определенных условиях атом может покинуть занимаемый им узел в кристаллической решетке и переместиться в некоторую ее другую часть, причем так далеко, что взаимодействие между полем этого атома и полями атомов, окружающих освободившееся место, будет крайне мало. Если при этом удаленный атом займет в новом месте положение в междоузлии, то образующийся дефект, представляющий в междоузлии пару дырка - атом, не взаимодействующие между собой, будет называться дефектом по Френкелю. Чтобы не путать понятие дырки, образованной отсутствием структурной единицы решетки и отсутствием электрона, нехватку атома ( или иона) называют вакансией. [44]
Значит, что сила замедляет движение этих электронов по направлению своего действия. Это можно понять, если допустить, что вблизи верхней границы зоны не все состояния заполнены и имеются вакансии, которым можно приписать положительный знак. Эти вакантные состояния с положительным знаком называются дырками. Таким образом, понятие дырки так же, как и представление об эффективной массе, вытекает из применения квантовой теории к твердому телу. [45]
Страницы: 1 2 3 4