Номер 4, страница 165 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

4. Какую проводимость называют примесной?

3. Что такое собственная проводимость полупроводников?

Собственная проводимость — это электропроводность химически чистого (беспримесного) полупроводника, которая не связана с наличием дефектов в его кристаллической решётке. Эта проводимость обусловлена исключительно тепловым движением атомов, приводящим к генерации носителей заряда.

В кристаллической решётке чистого полупроводника (например, кремния Si или германия Ge) при температуре абсолютного нуля ($T=0$ К) все валентные электроны участвуют в образовании ковалентных связей между атомами. Свободных носителей заряда нет, и полупроводник является диэлектриком. В зонной теории это означает, что валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости пуста.

При повышении температуры ($T>0$ К) тепловая энергия решётки возрастает. Некоторые электроны получают энергию, достаточную для разрыва ковалентной связи и перехода из валентной зоны в зону проводимости. Этот процесс называется тепловой генерацией. В результате в кристалле одновременно возникают два носителя заряда:

• Свободный электрон в зоне проводимости, который может перемещаться по всему кристаллу.
• Дырка — вакантное место с недостающим электроном в ковалентной связи. Дырка ведёт себя как подвижный положительный заряд, так как на её место может переместиться электрон из соседней связи, что эквивалентно перемещению дырки в обратном направлении.

Поскольку электроны и дырки рождаются парами, их концентрации в собственном полупроводнике всегда равны: $n_e = n_h = n_i$, где $n_i$ — собственная концентрация носителей. Общая удельная электропроводность $\sigma$ складывается из электронной и дырочной составляющих:

$\sigma = e \cdot n_e \cdot \mu_e + e \cdot n_h \cdot \mu_h = e \cdot n_i \cdot (\mu_e + \mu_h)$

где $e$ — элементарный заряд, $\mu_e$ и $\mu_h$ — подвижности электронов и дырок. Собственная проводимость очень сильно зависит от температуры: чем выше температура, тем больше пар "электрон-дырка" генерируется и тем выше проводимость.

Ответ: Собственная проводимость полупроводников — это их электропроводность в идеально чистом состоянии, обусловленная образованием парных носителей заряда (электронов и дырок) в результате разрыва ковалентных связей под действием тепловой энергии.

4. Какую проводимость называют примесной?

Примесной называют электропроводность полупроводника, которая обусловлена наличием в нём специально введённых атомов других химических элементов — примесей. Процесс контролируемого введения примесей называется легированием. Примеси кардинально изменяют электрические свойства полупроводника, создавая значительную концентрацию носителей заряда одного типа (либо электронов, либо дырок), которая во много раз превышает собственную концентрацию носителей.

В зависимости от типа примеси и создаваемого ею типа основных носителей заряда, различают два вида примесной проводимости:

1. Электронная проводимость (n-тип).

Возникает, когда в четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) вводят примесь пятивалентного элемента (например, фосфор P, мышьяк As, сурьма Sb). Четыре из пяти валентных электронов атома примеси образуют ковалентные связи с атомами кремния, а пятый электрон оказывается избыточным, слабо связанным с атомом, и при незначительной тепловой энергии становится свободным, переходя в зону проводимости. Такие примеси, "поставляющие" электроны, называют донорными. В полупроводнике n-типа (от negative — отрицательный) основными (мажоритарными) носителями заряда являются электроны, а неосновными (миноритарными) — дырки, возникающие из-за тепловой генерации.

2. Дырочная проводимость (p-тип).

Возникает, когда в четырёхвалентный полупроводник вводят примесь трёхвалентного элемента (например, бор B, галлий Ga, индий In). Атому примеси не хватает одного электрона для образования четырёх ковалентных связей. В результате в одной из связей образуется вакантное место — дырка. Эта дырка легко "захватывает" электрон из соседней ковалентной связи, что равносильно её перемещению по кристаллу. Такие примеси, принимающие электроны, называют акцепторными. В полупроводнике p-типа (от positive — положительный) основными (мажоритарными) носителями заряда являются дырки, а неосновными (миноритарными) — электроны.

Примесная проводимость позволяет управлять электрическими свойствами полупроводников в широких пределах, что является основой всей современной полупроводниковой электроники.

Ответ: Примесной называют электропроводность полупроводника, обусловленную наличием в нём специально введённых примесей (донорных или акцепторных), которые создают преобладающую концентрацию носителей заряда одного типа — свободных электронов (проводимость n-типа) или дырок (проводимость p-типа).