KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

Pooljuhtmaterjalides on tegelikult kaht tüüpi laengukandjaid: elektronid ja augud. Nagu näidatud
joonisel 11-5 b, jääb valentstsooni – pärast elektroni üleminekut juhtivustsooni – tühi energianivoo
ehk vaba auk. Augu mõiste selgitamiseks vaatleme skeemi joonisel 11-11. 0 K juures võtavad iga Si
aatomi kõik neli valentselektroni osa kovalentse sideme moodustamisest teiste Si aatomitega. Igas
sidemes on kaks elektroni, nende elektronide energia vastab valentstooni energiale. Elektroni
vabanemine (energeetiliselt tema üleminek valentstsoonist juhtivustsooni) tähendab tema lahkumist
sidemest. Sidemesse jääb puuduva elektroni koht, mis ongi auk. See auk on vaba, st ta saab liikuda
kristallis, hüpates ühest sidemest teise (tegelikult toimub muidugi seotud elektroni hüppamine
vastupidises suunas). Augud kui laengukandjad omavad elektronidega võrdset, kuid vastupidist
laengut +1,6·10 -19 C ja nad liiguvad elektrivälja suunas. Aukude kontsentratsiooni tähistatakse
tähega p ja aukude poolt tingitud juhtivust nimetatakse ka p-tüüpi juhtivuseks.
11.6.1 Omajuhtivus
Omajuhtivusega pooljuhi erijuhtivus σ võrdub elektronide ja aukude poolt tingitud juhtivuste σ n ja
σ p summaga:
σ = σn
+ σp
= n ⋅μn
⋅ e + p ⋅μp
⋅ e ,
kus μ p – aukude liikuvus.
Kuna omajuhtivusega pooljuhis alati n = p , siis:
σ = n ⋅ e ( μn
+ μp)
(11.2)
Elektronide ja aukude kontsentratsiooni korrutis pooljuhis on alati konstantne suurus, mis sõltub
ainult temperatuurist:
1
n ⋅ p = const = Ki = f ( )
T
(11.3)
n = p = (K 1 2
i )
(11.4)
ln n
1
= ln p ∝
(11.5)
T
K i ning seega ka n ja p sõltuvad pöördtemperatuurist (1/T) eksponentsiaalselt.
Logaritmilises skaalas sõltuvad n ja p pöördtemperatuurist (1/T) lineaarselt.
11.6.2 Lisandjuhtivus
Vaatleme juhust, kus räni kristalli on viidud VA rühma elemendi fosfori P aatom, millel on viis
valentselektroni (joon 11-12). See lisa viies elektron ei võta osa sideme moodustamisest ja on seotud
fosfori aatomiga suhteliselt nõrgalt. Tema vabastamiseks kulub tunduvalt vähem energiat, kui
sidemes olevate elektronide vabastamiseks. Tähistame seda viienda elektroni vabastamise energiat
E d . Selliseid lisandeid, mis annavad kergesti vabu elektrone, nimetatakse elektronide doonoriteks.
Tsoonidiagrammil (joon 11-13) tekitavad doonorlisandid lubatud nivoo keelutsoonis, mille kaugus
juhtivustsooni põhjast ongi E d . Kui doonor annab viienda elektroni ära, läheb see juhtivustsooni,
doonornivoole jääb aga seotud (liikumatu) positiivne laeng – see on fosfori ioon (mitte auk).
58