دید کلی
تجسم مکانیزم رسانش جریان در مورد
فلزات نسبتا ساده است، اتمهای فلز در ردیابی از الکترونهای نسبتا آزاد فرو رفته‌اند و این الکترونها می‌توانند بصورت گروهی تحت تأثیر یک
میدان الکتریکی حرکت کنند. این تصویر از الکترونهای آزاد بیش از حد ساده است، ولی بسیاری از خواص مهم هدایت در فلزات را می‌توان از همین مدل ساده استخراج کرد. در عین حال همه خواص الکتریکی
نیم رساناها با این روش توجیه پذیر نیست.
از آنجائیکه نیم رسانا در
صفر کلوین دارای نوار ظرفیت پر و یک نوار هدایت خاص است. باید افزایش الکترونهای نوار هدایت ناشی از برانگیختگیهای گرمایی از طریق شکاف نوار را در واقع بالا رفتن دما در نظر بگیریم، به علاوه بعد از برانگیزش الکترونها به نوار نور هدایت حالتهای باقیمانده در نوار ظرفیت نیز می‌توانند در فرآیند هدایت شرکت کنند. همچنین وارد کردن ناخالصیها اثر مهمی بر روی ساختار
نوار انرژی دارد.
مکانیزم رسانش
در دمای صفر مطلق تمامی الکترونها محکم به اتمهای سیلسیوم چسبیده و الکترونهای نمی‌توانند در داخل بلور جابجا شوند، بنابراین در دمای صفر مطلق
بلور سیلسیوم مثل یک عایق کامل عمل می‌کند و هیچ الکترونی در نوار هدایت یا رسانش موجود نمی‌باشد، با بالارفتن دما انرژی گرمایی
پیوندهای کوالانسی را می‌شکند و الکترونهای نوار ظرفیت با کسب انرژی قادر خواهند بود به نوار رسانش صعود کرده و تحت تاثیر میدان الکتریکی به سمت چپ حرکت کنند و یک
جریان الکتریکی برقرار نمایند.
الکترونها و حفره‌ها
هر بار که یک الکترون به نوار رسانش صعود می‌کند، حفره‌ای در نوار ظرفیت بوجود می آورد، بنابراین هر حفره نمایانگر مداری خالی برای دوران الکترون است. هر چه دما بالاتر رود تعداد بیشتری از الکترونها به نوار رسانش صعود کرده و جریان بیشتری را بوجود می‌آورند. در دمای اطاق(25 C ْ) این جریان آن چنان ناچیز است. که در اغلب موارد کاربردی برای عبور جریان الکتریکی ندارد. در این دما قطعه سیلسیوم نه یک عایق خوب است و نه یک رسانای خوب به این دلیل
نیم رسانا نام گرفته است.
جریان حاصل از حفره‌ها
جریان خاص از حفره‌ها را این چنین می‌توان تشریح کرد که انرژی گرمایی الکترون را از نوار ظرفیت به نوار رسانش پرتاب نموده و از این الکترون یک حفره در نوار ظرفیت بر جای می‌گذارد، با یک تغییر جزئی انرژی الکترون ظرفیت در یک نقطه از همین ناحیه به داخل حفره منتثل شده و حفره اولی ناپدید می‌شود و حفره جدیدی در همان نقطه ظاهر می‌شود. پس با تغییر جزئی انرژی به همین ترتیب ، الکترونهای ظرفیت در امتداد مسیری که حرکت می‌کنند حفره‌ها هم در داخل نوار ظرفیت در خلاف جهت حرکت الکترونهای نوار ظرفیت در امتداد مسیر حرکت می‌کنند. پس دو نوع الکترون متحرک وجود دارد:
- الکترونهای نوار رسانش
- الکترونهای ظرفیت (حفره‌ها)
انرژی گرمایی تولید زوج الکترون - حفره می‌کند که این عمل را
Generation می‌گویند. ادغام الکترون نوار رسانش با حفره را باز ترکیب یا
Recombination می‌گویند. میانگین زمانی بین پیدایش و نابودی یک زوج الکترون - حفره را طول عمر
Life time می‌گویند.
مقایسه Si و Ge بر اساس کاربرد در صنایع الکترونیکی
در دمای اطاق در تعداد الکترونهای آزاد در یک سانتی متر مکعب از سیلسیوم خالص تقریبا
الکترون است، اما برای ژرمانیوم این مقدار برابر
الکترون است که نخست الکترونها در
ژرمانیوم به سیلسیوم بیشتر از
است، یعنی ژرمانیوم در دمای معمولی اطاق هادی بهتری است، این مطلب را می‌توان از مقادیر مقاومت مخصوص برای ژرمانیوم و سیلسیوم بیرون کشید.
همچنین انرژی لازم جهت چیره شدن به شکاف انرژی برای پرتاب الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش برای سیلسیوم بیش از ژرمانیوم است، یعنی تعداد الکترونهای آزاد سیلسیوم در دمای معمولی نسبت به تعداد الکترونهای آزاد در بلور ژرمانیوم کمتر است. یا به عبارت بهتر ، بلور ژرمانیوم از حساسیت کمتری نسبت به دما از بلور ژرمانیوم داراست.
مباحث مرتبط با عنوان
