Электрический ток в полупроводниках

В любом кристалле атомы расположены в определенном порядке, образуя так называемую кристаллическую решетку. Связь между отдельными атомами создается за счет электронов, слабо связанных с ядрами атомов. Такая связь получила название валентной или электронной. Именно она удерживает атомы в определенных местах кристаллической решетки.

Наиболее широкое применение в полупроводниковой технике нашли германий и кремний. Оба эти элемента имеют по четыре валентных электрона, которые и создают связи с соседними атомами. Каждый атом, например, в кристалле германия связан с четырьмя соседними атомами. Заметим, что электронную связь создают обязательно два электрона (один от данного и другой от соседнего атома). Условно электронные связи в кристалле германия можно показать так, как это сделано на рис. 1.

Рисунок 1. Условное изображение электронных связей в кристале германия.

При нагревании, под действием света, радиоактивного излучения и других факторов электронные связи в полупроводнике нарушаются. Если полупроводник поместить в электрическое поле, то образовавшиеся при нарушении электронных связей свободные электроны начнут перемещаться в одну сторону под действием сил поля. В полупроводнике возникнет электрический ток.

Рисунок 2. Протекание электрического тока в кристале германия.

Так как этот ток представляет собой, как и в металле, движение свободных электронов, то принято говорить, что полупроводник обладает электронной проводимостью.

Если из электронной связи вырван электрон, то образуется так называемая дырка. Эту дырку может заполнить электрон с соседнего атома, в котором в свою очередь образуется дырка. Дырка соседнего атома будет заполнена электроном следующего атома и т. д.

Если полупроводник находится в электрическом поле, то дырки как бы перемещаются навстречу движению электронов. В этом случае говорят, что полупроводник обладает дырочной проводимостью.

Для создания свободных носителей заряда (электронов или дырок) в полупроводник вводят примеси.

Наличие двух видов проводимости — характерная особенность полупроводников.