Чистые полупроводники (безпримесные)
Наиболее широко применяемые полупроводники Si и Ge имеют на внешней электронной оболочке четыре электрона, т. е. их валентность равна четырем. В кристаллической решетке этих элементов каждый атом кремния или германия окружен четырьмя соседними атомами, находящимися на одинаковых расстояниях от него. Известно, что наиболее устойчиво состояние атома в том случае, если на его внешней оболочке находится восемь электронов. Поэтому атомы Si и Ge, достраивая электронную оболочку до восьми электронов, образуют с соседними атомами общие электронные пары.
  Каждые два соседних атома имеют два общих электрона (электронная пара). Таким образом, каждый атом имеет на внешней оболочке восемь электронов, которые одновременно принадлежат также и соседним атомам. При низких темтературах все электроны в кристалле полупроводника связаны с атомами и подвижных электронов нет, т. е. кристалл представляет собой изолятор. При повышении температуры полупроводника отдельные электроны отрываются от атомов, становятся подвижными и могут создавать ток в кристалле, когда к нему прикладывается напряжение.

  Уже при комнатных  температурах в кристалле полупроводника имеется некоторое число подвижных электронов, в случае Ge необходимая для отрыва электрона от атома энергия меньше, чем в случае Si. Поэтому сопротивление чистого Ge значительно меньше, чем Si.
  При удалении электрона из атома в оболочке атома образуется свободное место - дырка. Поскольку соседние атомы, имеющие общие электроны, постоянно обмениваются ими, эта дырка может быть занята другим электроном и одного электрона не будет хватать уже в другом атоме. Так как до отрыва электрона атом был нейтральным, то недостаток электрона сообщает атому положительный заряд. Вакантное место - дырка - постоянно и беспорядочно перемещается по кристаллу, перенося тем самым положительный заряд, численно равный заряду электрона.
   Таким образом, свободные электроны и дырки беспорядочно перемещаются по кристаллу, пока какой - нибудь из подвижных электронов не встретится с дыркой в электронной оболочке атома. При этом исчезает пара подвижных носителей заряда: Свободный электрон и дырка, т. е. происходит рекомбинация.
  При каждой определенной температуре устанавливается подвижное равновесие между возникновением пар электрон - дырка (генерация) и их уничтожением (рекомбинация). Чем выше температура, тем больше возникает пар электрон - дырка и тем больше их присутствует одновременно в кристалле полупроводника.
  Если такой кристалл включить в электрическую цепь, то внутри него электроны будут упорядоченно двигаться от отрицательного полюса к положительному. Под действием поля связанные электроны также начнут  переходить с соседних атомов на пустые места приемущественно по силовым линиям поля от минуса к плюсу, а вакантные места (дырки) будут перемещаться по тем же линиям в обратную сторону.
©  2011 Диоды и стабилитроны