Основною властивістю речовини по відношенню до електричного нуля є електропровідність, т. Е. Здатність проводити електричний струм під впливом постійного (не зраджує-ся в часі) електричної напруги. Якщо напівпровідник знаходиться в електричному полі з напруженістю Е. то мають-ся в ньому вільні носії заряду набувають під дією це-го поля спрямований рух. Таке впорядкований рух електричних зарядів і є електричний струм.
Модельні уявлення механізму утворення носіїв заряду у власному і домішкових напівпровідниках були рассмот-рени раніше.
У власному напівпровіднику носіями заряду є вільні електрони і дірки, концентрації яких однакові. При наявності зовнішнього електричного поля щільність електрон-ної складової струму, який протікає через власний по-лупроводнік, т. Е. Число електричних зарядів переносяться за одиницю часу через одиницю площі, перпендикулярної направ-лення електричного поля, визначається як
де q = 1,6-10 -19 - заряд електрона, Кл; п - концентрація електронів зони провідності, м -3; # 965; n - середня швидкість упо-рядоченного руху електронів, що виникла під дією елект-рического поля (дрейфова швидкість), м / с.
зазвичай швидкість # 965; n пропорційна напруженості поля:
де μn - коефіцієнт пропорційності, званий подвиж-ністю, м 2 / (В # 8729; с).
З урахуванням (10.1) рівняння (10.2) можна представляти у вигляді
де # 963; n = qn nμn - питома електрична провідність полупровод-ника, обумовлена електронами, См / м; # 961; = 1 / # 963; - питомий електричний опір, Ом # 8729; м.
Аналогічно, діркова складова щільності струму для соб-ного напівпровідника
де р - концентрація дірок валентної зони, м -3; μp - подвиж-ність дірок, м 2 / (В # 8729; с).
Питома електрична провідність напівпровідника, обу-спійманих дірками:
Сумарна щільність струму через власний напівпровідник:
Питома електрична провідність власного полупро-водника:
У домішковому полупроводнике при кімнатній температурі при-месь практично повністю іонізована і, отже, прово-ність буде визначатися, вільними рухливими носіями заряду, електронами і дірками в n - і p -полупроводніках відпо-відно
де nn і pp - концентрація основних носіїв заряду електро-нів і дірок відповідно.
Так як концентрація і рухливість вільних носіїв за-ряду залежать від температури, то і питома провідність також бу-дет залежати від температури.
При цьому для концентрації вільних носіїв заряду харак-терну експоненціальна залежність, а для рухливості - степів-ва. Для власного напівпровідника, у якого # 916; ≈kT. і з урахуванням того, що статечна залежність слабкіше експоненційної, можна записати
тут # 916; Е - ширина забороненої зони; k - постійна Больцмана; Т - абсолютна температура; # 963; o - множник, що не залежить від температури; він повинен виражати # 963; при Т = ∞, т. е. коли всі валентні електрони перейшли в зону провідності. Графік зави-ності (10.10) зручно побудувати прологаріфміровав вираз (10.10):
На рис. 10.3 ця залежність представлена в полулогаріфміче-ському масштабі. Тангенс кута нахилу # 963; дає величину # 916; E / k. отку-да знаходиться значення # 916; E для напівпровідника. Ea
Для примесного напівпровідника формула для електропровідні-сти в загальному вигляді буде мати наступний вигляд:
де Еа - енергія іонізації домішок.
На рис. 10.4 представлена температурна залежність полупро-водника з різною концентрацією домішки. Підвищення питомої провідності напівпровідника зі збільшенням Т в області низьких температур обумовлено збільшенням концентрації вільних но-СІТЕЛ заряду за рахунок іонізації домішки (рис. 10.4, ділянки ab, de, kl).
Нахил примесного ділянки кривої залежить від концентрації при-домішок. З ростом концентрації атомів домішки в напівпровіднику зменшується нахил кривої до осі абсцис і вона вище розташовується. Це пояснюється тим, що нахил прямої в області доважок-ної провідності визначається енергією іонізації домішки. З збіль-личением концентрації домішки енергія іонізації зменшується і відповідно зменшується нахил прямих.
При подальшому підвищенні температури настає виснаження домішки повна її іонізація. Власна ж електропровід-ність помітно ще не проявляється. У цих умовах концентрація вільних носіїв практично від температури не залежить і тим-температурних залежність питомої провідності напівпровідника визначається залежністю рухливості носіїв заряду від температури. Різке збільшення питомої провідності при далекій-шем зростанні температури відповідає області власної елект-ропроводності.
Мал. 10.3. Залежність електропровідності Рис. 10.4. залежність електропровод-
від температури для власного напів- ності напівпровідника з різною
провідника. концентрацією домішок.
За допомогою кривих, зображених на рис. 10.4, можна знаходити ширину забороненої зони напівпровідника і енергію іонізації домішок.
У реальних напівпровідників хід цих кривих може від-Ліча через те, що в матеріалах, що застосовуються на практиці, є не один, а кілька видів домішок, у яких енергія іонізації (активації) різна.
У сильних електричних полях спостерігається порушення линів-ності закону Ома j = # 963; Е. Мінімальну напруженість електричні-ського поля, починаючи з якої не виконується лінійна зависи-ність струму від напруги, називають критичною. Ця межа не є різкою і певної і залежить від природи полупровод-ника, концентрації домішок, температури навколишнього середовища.
Так як питома провідність визначається концентрацією вільних носіїв заряду і їх рухливістю, то лінійність закону Ома буде порушена в тому випадку, коли принаймні одна з цих величин буде залежати від напруженості електричного поля.
Якщо зміна абсолютного значення швидкості вільного но-носія заряду за рахунок зовнішнього поля на середньому шляху між соуда-реніямі порівняно з тепловою швидкістю, то рухливість буде залежати від електричного поля, причому вона може як збільшуватися, так і зменшуватися в залежності від температу- ри навколишнього середовища.
Вплив сильного електричного поля призводить до значи-тельно зростання концентрації вільних носіїв заряду. Розрізняють декілька механізмів підвищення концентрації вільних но-СІТЕЛ заряду в напівпровіднику під дією зовнішнього електрич-ного поля - електростатичний, термоелектронну і ударну іонізації.
Під впливом зовнішнього електричного поля напружено-стю Е на напівпровідник його енергетичні зони стають на-клонів. Це відбувається через додавання до енергії електрона в напівпровіднику в разі відсутності зовнішнього поля додаткової енергії, обумовленої зовнішнім електричним полем. Як видно з рис. 10.5 (горизонтальні переходи 1 і 2), в сильному електричні-ському полі при нахилі зон можливий перехід електрона з валент-ної зони і домішкових рівнів в зону провідності без зміни енергії - шляхом тунельного просочування електронів через за-заборон зону.
Цей механізм збільшення концентрації свобод-них носіїв під дією сильного електричного поля називаються вають електростатичного іонізацією. Вона можлива в електричні-ських полях з напруженістю близько 10 8 В / м. Якщо вільний електрон під дією зовнішнього електричного поля набуває енергію, достатню для переходу електрона з валентної зо-ни в зону провідності, то можлива ударна іонізація. Іонізующей-ючий електрон при цьому залишається в зоні провідності. На рис. 10.6 наведена залежність питомої провідності від прило-женного електричного поля, де ділянку 1 - відповідає виконан-ня лінійності закону Ома; 2 - термоелектронної іонізації; 3 - електростатичного і ударної; 4 - пробою.
Мал. 10.5. Електричні зони полупро- Рис. 10.6. залежність провідності
водника в сильному електричному полі. напівпровідника від напруженості
зовнішнього електричного поля.
Вплив деформації на провідність напівпровідників. Провідність твердого кристалічного тіла змінюється від деформації через збільшення або зменшення (розтягнення, стиснення) междуатом-них відстаней і призводить до зміни концентрації і рухомої-ності носіїв заряду.
Концентрація змінюється внаслідок зміни ширини енергети-чеських зон напівпровідника і зміщення домішкових рівнів, що призводить, в свою чергу, до зміни енергії активації носите-лей заряду і, отже, до зменшення або збільшення кон-центрації.
Рухливість змінюється через збільшення або зменшення ампли-туди коливання атомів при їх зближенні або видаленні.
Величиною, чисельно характеризує зміну питомої провідності напівпровідників при певному виді деформує-ції, є тензочутливість:
яка представляє собою відношення відносної зміни питомого опору до відносної деформації в даному на-правлінні.