Номер 1, страница 20 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 6. Примесный полупроводник - составная часть элементов схем. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 1, страница 20.

В О П Р О С Ы

1. Какую проводимость полупроводников называют собственной? Какие известны механизмы собственной проводимости?

Какую проводимость полупроводников называют собственной? Какие известны механизмы собственной проводимости?

Собственной проводимостью полупроводников называют их электрическую проводимость в идеально чистом, бездефектном кристалле, не содержащем никаких примесей. Эта проводимость обусловлена исключительно свойствами самого материала полупроводника, в частности его шириной запрещенной зоны и температурой.

При температуре, равной абсолютному нулю ($T=0$ К), чистый полупроводник является диэлектриком. Его валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости пуста. Для возникновения электропроводности необходимо перевести электроны из валентной зоны в зону проводимости.

Механизмы собственной проводимости основаны на процессе генерации парных носителей заряда — электронов и дырок — за счет тепловой энергии.

1. Электронная проводимость. При повышении температуры ($T > 0$ К) некоторые электроны в кристалле получают энергию, достаточную для разрыва ковалентной связи и перехода из валентной зоны в зону проводимости. Эти электроны становятся свободными и называются электронами проводимости. Под действием внешнего электрического поля они начинают упорядоченно двигаться, создавая электрический ток.

2. Дырочная проводимость. На месте ушедшего электрона в валентной зоне образуется вакантное место с недостающим отрицательным зарядом, которое ведет себя как частица с эффективным положительным зарядом. Эту квазичастицу называют дыркой. Электрон из соседней ковалентной связи может перескочить и заполнить эту дырку, в результате чего дырка переместится на его место. Такое эстафетное перемещение электронов в валентной зоне эквивалентно направленному движению положительно заряженных дырок. Под действием электрического поля дырки движутся к отрицательному полюсу источника тока, создавая дырочный ток.

Важной особенностью собственной проводимости является то, что электроны и дырки рождаются парами. Поэтому их концентрации в чистом полупроводнике всегда равны: $n_i = p_i$, где $n_i$ — концентрация свободных электронов, а $p_i$ — концентрация дырок.

Полная удельная проводимость ($σ_i$) собственного полупроводника складывается из электронной ($σ_n$) и дырочной ($σ_p$) составляющих:

$σ_i = σ_n + σ_p = e \cdot n_i \cdot \mu_n + e \cdot p_i \cdot \mu_p = e \cdot n_i (\mu_n + \mu_p)$

где $e$ — элементарный заряд, $\mu_n$ и $\mu_p$ — подвижности электронов и дырок.

Ответ: Собственная проводимость — это электропроводность химически чистого полупроводника, обусловленная тепловой генерацией пар носителей заряда «электрон-дырка». Известны два механизма собственной проводимости: 1) электронная проводимость, вызванная движением свободных электронов в зоне проводимости, и 2) дырочная проводимость, вызванная движением положительно заряженных «дырок» в валентной зоне.