Краткая теория. .

Все вещества по своим электрофизическим свойствам могут быть разделены на три больших класса: металлы, диэлектрики и полупроводники. Наиболее проста классификация веществ по их удельному электрическому сопротивлению . У металлов эта величина лежит в пределах , а у диэлектриков . Вещества у которых удельное сопротивление лежит в пределах могут быть отнесены к полупроводникам. Характерной особенность полупроводников является возрастание удельной проводимости с ростом температуры. В широком интервале температур это возрастание происходит по экспоненциальному закону и описывается выражением:

. 6.1

Здесь - постоянная Больцмана, - ширина запрещенной зоны.

Различие в электрических свойствах твердых тел объясняет зонная теория, согласно которой энергетические спектры электронов в атоме кристаллов состоят из чередующихся зон разрешенных и запрещенных значений энергии.

Запрещенная зона, область значений энергии, которую не могут иметь электроны в идеальном кристалле. У полупроводников и диэлектриков под запрещенной зоной обычно понимают область значений энергии между верхним уровнем (потолком валентной зоны) и нижним уровнем (дном) зоны проводимости (рис. 6.1).

При абсолютном нуле температур полупроводник ведет себя как чистый диэлектрик. Это связано с тем, что при 0 К валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости пуста. При повышении температуры за счет теплового движения некоторые электроны приобретают энергию, достаточную для перехода в зону проводимости. Таким образом, в зоне проводимости появляются свободные электроны, а валентной зоне дырки. Если теперь к полупроводнику приложить напряжение, то электроны и дырки начнут двигаться в противоположных направлениях и создают в полупроводнике электрический ток.

Сопротивление полупроводника зависит от температуры. Эта зависимость выражается формулой

, 1.6

где А – постоянная величина, зависящая от рода полупроводника и способов его обработки, - ширина запрещенной зоны, - абсолютная температура, - постоянная Больцмана.