243
В металлах концентрация свободных электронов очень велика, так что большая часть атомов оказывается ионизованной; практически вся проводимость металлов объясняется поведением «свободных электронов», как об этом говорилось в гл. VII. В полупроводниках же, где концентрация свободных электронов значительно меньше, нужно учитывать, наряду с движением в электрическом поле этих свободных электронов, и другой процесс, который может играть не меньшую роль в их проводимости. Сравнительно немногочисленные электроны, сделавшиеся свободными, оторвались от некоторых атомов полупроводника, которые, таким образом, превратились в ионы. Каждый из таких ионов окружен большим числом нейтральных атомов. Нейтральные атомы, находящиеся в непосредственной близости к иону, могут легко отдавать ему свой электрон, делая ион нейтральным, но сами превращаясь в ионы. Таким образом, этот обмен электронами приводит к тому, что место положительного иона в полупроводнике меняется, т. е. дело обстоит так, как будто переместился положительный заряд. Итак, наряду с перемещением свободных электронов, в полупроводнике может происходить процесс, имеющий характер перемещения положительных зарядов.
Пока в полупроводнике не действует внешнее электрическое поле, оба эти процесса имеют хаотический характер, так что в среднем каждому электрону, смещенному в одном направлении, соответствует перемещение электрона в противоположном направлении; то же происходит и с перемещением положительно заряженных мест. Но при наложении поля оба процесса получают преимущественное направление: свободные электроны движутся в некотором избытке против поля, а положительные места — в некотором избытке по полю. Оба эти преимущественные перемещения дают ток одного направления (по полю), и результирующая проводимость обусловливается обоими процессами.
Рис. 184 иллюстрирует описанный процесс. Если мы представим себе цепочку атомов полупроводника, в одном месте которой образовался положительный ион 1, то под действием сил поля будет происходить перенос электрона от атома 2 к иону 1, затем от атома 3 к иону 2, от атома 4 к иону 3 и т. д., а результатом будет перемещение положительного заряженного места в обратном направлении. Таким образом, в полупроводнике имеет место и движение свободных электронов против поля и перенос их от
244
нейтральных атомов к ионам, равносильный движению положительного заряда по направлению поля.
То место полупроводника, где вместо нейтрального атома имеется положительный ион, называют дыркой и
Рис. 184. Грубая модель «дырочной» проводимости в полупроводниках: светлые кружки — нейтральные атомы, темный кружок — положительный ион. Стрелками указано направление последовательных переходов электронов от нейтральных атомов к ионам. Место положительного заряда перемещается в обратном направлении — по полю далее