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凝聚态物理学- 半导体传导

半导体传导

半导体中的电传导是由传导带中电子的运动以及价带中的孔的运动引起的。

当在半导体上施加电场时,传导带中的电子沿与施加的电场相反的方向传播,并构成电子电流的流动(我e。同时,价带中的孔沿施加的电场的方向传播并构成孔电流(我H。这意味着半导体内部有两个电流。即半导体带中的电子电流和价带中的孔电流。有效电流(我)在半导体中,这两个电流流的总和。

即i = ie+ iH

对于在室温下的纯半导体,电流强度很弱。

孔的形成

这可以通过两种方式来理解。

(我)从半导体的能量带图。在半导体的能量带图中,价和传导带之间的能隙约为1EV。在零开尔文处,半导体的表现是绝缘子,因为价带中的电子可以越过该能隙并转到传导带。但是,在较高的温度下,某些电子由于热搅拌而获得能量,并从价带转移到传导带。结果,在移动到传导带之前,在存在电子的位置,在一个地方存在空缺,该比率称为一个孔。因此,由于没有带负电荷的电子与存在平衡量的正电荷的平均值,因此,一个孔被认为是正电荷的座位,其电荷等于电子的电荷。该孔被视为价带中的活性粒子,因为电子在传导带中。电子在
他的传导带以及价带中的孔的运动负责半导体的电导。

(ii)从半导体的价带研究。考虑研究的硅或锗的半导体晶体。我们知道SI或GE具有四个价电子。

GE的每个原子都倾向于共享其四个最近的相邻原子之一,并且也从每个邻居中占据一个电子。这对两个共享电子的两个原子GE据说形成共价债券或仅仅是价值债券。因此,四个价电子GE原子通过共享相邻四个GE原子的电子形成四个共价键。因此,结构中的GE原子由共价键强烈地持有,而不是在平面上,而是在这里出现的,而是在四面体角度的空间中。

在低温下GE晶体结构,可以假定共价键中的两个共享电子在相关的原子之间来回穿梭,并将它们坚固地将它们固定在一起。

当GE温度升高时,热​​原子电离仅在晶格中几个原子。因此,很少有促成共价键断裂并在整个晶格中移动的电子。从共价键出来时,电子留下一个空白空间,其正电荷等于电子作为开放圆。它称为一个洞。来自附近原子的电子可能会破裂,并且可以被缺失的电子(或孔)吸引,从而完成了共价键并在另一个地方创建一个孔。在我们的两个维度示例中,我们看到来自四个相邻原子中任何一个的电子都可以完成键,孔可以移动到这些原子中的任何一个。值得注意的是,每个共价键的破裂会在一个晶格中产生一个自由电子和一个孔。

为了在晶格中创建自由电子和孔,将涉及一定量的电离能。这种电离能量最少GE,从理论上讲,更多的Si和最高的。发现由于电离而产生的游离电子(NE)或孔(NH)的数量由

NE = NH = C E-eg/2 kt

其中c是常数,k是螺栓曼常数,t是绝对温度t的增加,NE增加。

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