Вакантная связь
Cтраница 1
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. [1]
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. [2]
 |
Решетка типа алмаза.| Возникновение проводимости в результате тепловых колебаний решетки и облучения полупроводника. [3] |
Однако для достаточно большого объема вещества полный заряд остается по-прежнему равным нулю, так что появление в равных количествах свободных электронов и вакантных связей не нарушает электронейтральности кристалла в целом. [4]
Если четырехвалентный атом кремния замещен атомами элемента III группы периодической системы ( например В), то трех его валентных электронов не хватает для заполнения валентных связей с соседними атомами, и образуется вакантная связь, которая может быть заполнена за счет перехода в вакансию электрона из любой соседней заполненной связи. Такой переход соответствует переходу из заполненной валентной зоны кристалла на локальный уровень примеси. При этом один из уровней верхней части валентной зоны освобождается и образуется дырка. Переход электрона из валентной зоны на уровни примеси требует меньшей энергии, чем переход их на уровни проводимости кристалла. Атомы примеси в этом случае называются акцепторными, или просто акцепторами, а уровни, соответственно, акцепторными. Наблюдается дырочная, или р-проводимость, и кристалл является полупроводником р-типа. Локальные уровни электронов образуются не только примесями, но и собственными атомами. Например, переход атома Si в междуузлие вызывает образование двух локальных энергетических уровней: атом в междуузлии действует как донор электронов, а пустой узел как акцептор. [5]
Однако электроны, перешедшие в р-полупроводник, не увеличивают концентрацию свободных электронов в этом теле ( как это происходило при контакте двух различных металлов); так как в полупроводнике р имеется большая концентрация вакантных связей, то электроны, перешедшие из п-полупроводника, занимают часть дырок и оказываются связанными. [6]
Таким образом, благодаря наличию вакансий в связях между атомами, внешнее электрическое поле, при содействии теплового движения, вызывает упорядоченное перемещение связанных электронов в направлении, противоположном напряженности поля. При этом вакантная связь, получившая название дырки, перемещается в направлении поля, как перемещались бы положительно заряженные частицы. [7]
Таким образом, благодаря наличию вакансий в связях между атомами, внешнее электрическое поле при содействии теплового движения вызывает упорядоченное перемещение связанных электронов в направлении, противоположном напряженности поля. При этом вакантная связь, получившая название дырки, перемещается в направлении поля, как перемещались бы положительно заряженные частицы. [8]
Трехвалентный атом примеси имеет на один электрон меньше того числа электронов, которое требуется для образования устойчивых ковалентных связей. Иными словами, при введении такого атома примеси появляется вакантная связь, на которую может перейти электрон из соседней связи. Необходимая для такого перехода энергия весьма мала, и уже при комнатной температуре все свободные места у атомов примеси оказываются занятыми, а сами атомы вследствие этого превращаются в отрицательные ионы. На местах ушедших к этим атомам электронов образуются дырки, которые хаотически перемещаются в кристалле и могут участвовать в создании тока через кристалл. [9]
Находясь среди атомов кремния, акцептор образует только три заполненные валентные связи. При воздействии даже небольшой тепловой энергии электрон одной из соседних заполненных связей кремния может перейти в эту связь. Вакантная связь атома кремния ( из которой электрон перешел к примесному атому) несет собой уже положительный заряд, являясь дыркой. [10]
Если внешнего электрического поля нет и существует только тепловое движение, то переход электронов от заполненных связей к пустым происходит совершенно беспорядочно. Таким образом, благодаря наличию вакансий в связях между атомами, внешнее электрическое поле при содействии теплового движения вызывает упорядоченное перемещение связанных электронов в направлении, противоположном напряженности поля. При этом вакантная связь, получившая название дырки, перемещается в направлении поля, как перемещались бы положительно заряженные частицы. [11]
При добавлении в полупроводник примесей, относящихся к III группе периодической системы элементов ( например, галлия), в кристаллической решетке полупроводника атом примеси образует только три заполненные валентные связи. Четвертая связь остается вакантной. При сообщении кристаллу небольшой дополнительной энергии эта вакантная связь может быть заполнена электроном, перешедшим с одной из соседних заполненных валентных связей. В результате в той связи, откуда ушел электрон, нарушается нейтральность и образуется положительный заряд - дырка. При увеличении примесей возрастает концентрация дырок и они становятся основными носителями, а электроны - неосновными. Примеси, способные принимать на свои уровни валентные электроны, называются акцепторными или акцепторами. Процесс образования пары электрон - дырка называется генерацией. [12]
Рассмотрим теперь представление о дырке в масштабах атомной картины. После того как электрон был вырван из ко-валентной связи, остается избыточный положительный заряд, обусловленный нескомпенсированным положительным зарядом того атома, который отдает электрон. Электрон из соседней связи может перескочить на вакантную связь, оставив после себя другую вакантную связь, которая имеет тот же избыточный положительный заряд и фактически представляет дырку, которая уже переместилась. [13]
Рассмотрим теперь представление о дырке в масштабах атомной картины. После того как электрон был вырван из ко-валентной связи, остается избыточный положительный заряд, обусловленный нескомпенсированным положительным зарядом того атома, который отдает электрон. Электрон из соседней связи может перескочить на вакантную связь, оставив после себя другую вакантную связь, которая имеет тот же избыточный положительный заряд и фактически представляет дырку, которая уже переместилась. [14]
Процесс превращения свободного электрона в связанный электрон носит название рекомбинации. Отметим, что рекомбинация приводит к исчезновению не только свободного электрона, но и одной незавершенной связи между атомами. Число свободных электронов и вакантных, незавершенных связей одина - ково. При этом в области незавершенной связи имеется избыточный положительный заряд, не компенсируемый теперь зарядом электрона. Однако для достаточно большого объема вещества полный заряд остается по-прежнему равным нулю, так что появление в равных количествах свободных электронов и вакантных связей не нарушает электронейтральности кристалла в целом. [15]
Страницы: 1