2.3.3   Półprzewodniki

Model pasmowy elektronowej budowy ciała stałego (rys.4.12) tłumaczy przewodnictwo elektryczne ciał stałych. W ciałach o budowie metalicznej wskutek nałożenia się atomowych orbitali walencyjnych powstaje pasmo przewodnictwa. W przypadku izolatorów (ciał nie przewodzących) oraz półprzewodników pasmo podstawowe (walencyjne) jest odizolowane od pasma przewodnictwa pasmem wzbronionym. Przeniesienie elektronu z pasma podstawowego (walencyjnego) do pasma przewodnictwa wynosi dla izolatorów 5-10eV i można je zrealizować dopiero przez przyłożenie bardzo wysokiej energii (wysokiego napięcia elektrycznego). Dla półprzewodników energia ta jest mniejsza i wynosi od 0,1 do 4 eV.

Rys.4.12. Schemat poziomów energetycznych w metalu, półprzewodniku i izolatorze.

Tablica 4.1. pokazuje różnice energii (szerokość pasma wzbronionego) pomiędzy pasmem podstawowym a pasmem przewodnictwa dla wybranych półprzewodników.

Przeniesienie elektronu z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa powoduje powstanie w nim luki elektronowej („dziury”). Tak nie obsadzony poziom zwany „dziurą” może przemieszczać się w paśmie walencyjnym podobnie jak elektron w paśmie przewodnictwa w wyniku działania pola elektrycznego (rys.4.13). Przemieszczanie się dziur można traktować jako przemieszczanie się dodatniego ładunku elementarnego (luka elektronowa jest równoważna nadmiarowi elementarnego ładunku dodatniego). Rozróżniamy zatem przewodnictwo dziurowe (wywołane transportem luk elektronowych) i elektronowe (wywołane transportem elektronów). Wynosi one dla półprzewodników od 10^-9 do 10^{2   -1}cm^-1. Własności półprzewodnikowe ciał stałych mogą być wywołane przez wprowadzenie odpowiednich dodatków (domieszek) – pierwiastków mogących dostarczać elektrony do pasma przewodnictwa (półprzewodniki typu n – rys.4.14) lub generować luki elektronowe w paśmie walencyjnym (półprzewodniki typu p – rys.4.14).

Rys.4.13. Pasmowy model półprzewodnika samoistnego (intrinsic semiconductor).