Паўправаднік

Паўправаднікі́ — шырокі клас рэчываў, у якіх канцэнтрацыя рухомых носьбітаў зараду значна меншая за канцэнтрацыю атамаў матрыцы. Цвёрды матэрыял валодае адначасова двума тыпамі праводнасці — электроннай і г.зв. дзіркавай.

Характарызуюцца значэннямі электраправоднасці, прамежкавымі паміж электраправоднасцю металаў (10⁶—10⁴ Ом⁻¹ см⁻¹) і добрых дыэлектрыкаў (10⁻¹⁰—10⁻¹² Ом⁻¹см⁻¹, пры 20 ^oC). Характэрнай асаблівасцю паўправаднікоў, якая адрознівае іх ад металаў, з’яўляецца ўзрастанне электраправоднасці з ростам тэмпературы.

Адрозніваюцца паводле ўпарадкаванасці размяшчэння атамаў, хімічнага саставу, уласцівасцей. Складаюць аснову сучасных электронных тэхналогій, шырока ўжываюцца ў прамысловай і спажывецкай тэхніцы.

Паўправоднасць

Атамы паўправаднікоў лёгка іанізуюцца, у выніку чаго ўзнікаюць дэлакалізаваныя электрон і дзірка (электронная вакансія ў хімічнай сувязі атамаў матрыцы). У ідэальных паўправаднікоў канцэнтрацыі электронаў і дзірак роўныя. У рэальных паўправаднікоў, якія маюць атамы дамешкаў і дэфекты структуры, гэта роўнасць можа парушацца і тады электраправоднасць у асноўным забяспечваецца адным тыпам носьбітаў зараду (электронамі ці дзіркамі).

Паводзіны носьбітаў зараду ў крыніц паўправаднікоў апісваюцца зоннай тэорыяй. Запоўненыя электронныя станы (узроўні энергіі) валентнай зоны аддзелены ад вакантных станаў зоны праводнасці забароненай зонай (энергетычнай шчылінай). Дамешкавыя атамы і дэфекты крышталічнай структуры прыводзяць да з’яўлення энергетычных станаў у забароненай зоне (радзей у зоне дазволеных энергій), але паняцце забароненай зоны захоўвае сэнс. Дамешкавыя атамы ў паўправадніках могуць набываць зарад (донары — дадатны, акцэптары — адмоўны), які кампенсуецца з’яўленнем электрона ў зоне праводнасці ці дзіркі ў валентнай зоне.

Актыўнасць дамешкавага атама абумоўлена тым, што ён мае іншую валентнасць, чым замешчаны ім атам крышталічнай матрыцы (рашоткі). Калі дамешкавы атам замяшчае ў крышталічнай рашотцы атам з той жа групы перыяд. сістэмы элементаў (ізавалентнае замяшчэнне), то, часцей за ўсё, ён электрычка неактыўны і не ўтварае лакалізаваны стан. Ізавалентныя дамешкі могуць уваходзіць у крышталічную рашотку ў вялікіх канцэнтрацыях і ўтвараць цвёрдыя растворы. У іх размяшчэнне вузлоў рашоткі мае далёкі парадак, але атамы замяшчэння размяшчаюцца ў гэтых вузлах хаатычна.

Тыпы паўправаднікоў

• n-паўправаднікі — паўправаднікі з пераважна электроннай праводнасцю, у іх канцэнтрацыя электронаў праводнасці намнога большая за канцэнтрацыю дзірак;
• p-паўправаднікі — паўправаднікі з пераважна дзіркавай праводнасцю.

Бясшчылінныя паўправаднікі маюць нулявую шырыню забароненай энергетычнай зоны. Ад тыповых паўправаднікоў (германій, крэмній) іх адрознівае адсутнасць парогавай энергіі, неабходнай для паяўлення электрон-дзірачнай пары, ад металаў — значна меншая канцэнтрацыя электронаў праводнасці.