Img00152

156

i krzemu przedstawiono na rys. 3.3—1. Są one charakterystyczne dla diamentu, stąd ten typ wiązań nazywany jest strukturą diamentu. W wielu półprzewodnikach złożonych atomy tworzą strukturę diamentu z tym, że w kolejnych węzłach sieci znajdują się atomy różnych pierwiastków. Taka struktura nazywana jest strukturą blendy cynkowej i jest typowa dla związków grup III-V.

3.4.    W temperaturze pokojowej, w wyniku przypadkowych drgań cieplnych elektronów walencyjnych niektóre z nich uzyskują wystarczającą energię do zerwania wiązania — stają się wtedy elektronami swobodnymi. Powstaje tzw. para ciek-tron-dziura. Elektron przenosi się wówczas do pasma przewodnictwa, a na jego miejscu w wiązaniu kowalencyjnym powstaje „dziura” równoważna pojawieniu się w węźle ładunku dodatniego, równego co do wartości bezwzględnej ładunkowi wybitego elektronu.

Elektrony walencyjne wyzwolone z wiązań kowalencyjnych stanowią zaledwie niewielką część ogólnej liczby elektronów. Na przykład w germanie w temperaturze pokojowej (ok. 300 K) w 1 cm¹ znajduje się około 10¹³ zerwanych wiązań. Ponieważ w I cm³ mamy ok. 10²³ atomów, widać, że zaledwie w jednym atomie na lO¹⁰ atomów występuje zerwane wiązanie. Zerwane wiązania mimo, że ich liczba jest niewielka wywierają decydujący wpływ na własności elektryczne półprzewodnika, dostarczając nośników ładunku i umożliwiając w ten sposób przewodzenie prądu. Jeśli na I0¹⁵ atomów przypada co najmniej jedno zerwane wiązanie (tj. koncentracja swobodnych elektronów jest rzędu 10^X w cm³) to materiał taki można zaliczyć już do półprze wodn ikó w.

Obok procesów jonizacji, tj. powstawania par elektron-dziura, nieustannie zachodzą procesy odwrotne - rekombinacji, w których elektrony z pasma przewodnictwa przechodzą z powrotem do pasma walencyjnego, neutralizując powstałe w nim dziury. Przy stałej temperaturze ustala się stan równowagi, w którym procesy rekombinacji zachodzące w jednostce czasu równoważą procesy jonizacji. Koncentracja nośników (elektronów i dziur) ustala się wtedy na określonym, statystycznie stałym poziomie. Poziom ten jest tym wyższy, im wyższa jest temperatura.

3.5.    Dziury zachowują się podobnie do swobodnych ładunków dodatnich — pod działaniem sił pola elektrycznego odbywa się uporządkowany, pozorny ruch dziur, wywołany przechodzeniem do nich elektronów walencyjnch z sąsiednich wiązań międzyatomowych. Ruch ten jest równoważny przepływowi dodatnich ładunków elektrycznych, a więc prądowi elektrycznemu, zwanemu prądem dziurowym. Tak więc w obecności zewnętrznego pola elektrycznego, obok przepływu elektronów, w paśmie przewodnictwa odbywa się równy, ale przeciwnie skierowany przepływ dziur w paśmie walencyjnym. Suma przepływów obu rodzajów nośników tworzy prąd elektryczny płynący w półprzewodniku.