Полупроводниковыминазываются приборы, действие которых основано на использовании свойств веществ, занимающих по электропроводности промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Удельная электропроводность полупроводников s = 102...10-8 См/м (у проводников s = 104...103 См/м, у диэлектриков s < 10-8 См/м). Согласно зонной теории, к полупроводникам относятся вещества, ширина запрещенной зоны DW которых не превосходит 3 эВ.
Электрические свойства полупроводников зависят от внешних условий: температуры, освещенности, внешних полей и др. Характерной особенностью полупроводников является повышение их электропроводности с увеличением температуры и при введении примесей.
В качестве веществ, используемых для изготовления полупроводниковых приборов, широко используются германий Ge, кремний Si (элементы четвертой группы таблицы Менделеева) и арсенид галлия GaAs. Они имеют монокристаллическую структуру и кристаллическую решетку алмазного типа: каждый атом окружен четырьмя атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра. Атомы удерживаются в узлах решетки за счет валентных электронов.
Связь между двумя соседними атомами осуществляется двумя валентными электронами — по одному от каждого атома. Такая связь между атомами называется ковалентной.
Каждый атом указанных выше веществ на наружной оболочке имеет четыре валентных электрона. Поэтому каждый атом образует четыре ковалентных связи с четырьмя ближайшими от него атомами. В результате внешняя орбита каждого из атомов имеет восемь электронов и становится полностью заполненной.
Кристаллическая решетка, в которой каждый электрон внешней орбиты связан ковалентными связями с остальными атомами вещества, является идеальной. В таком кристалле все валентные электроны прочно связаны между собой и свободных электронов, которые могли бы участвовать в переносе зарядов, нет.
Такую кристаллическую решетку имеют все химически чистые беспримесные полупроводники при температуре абсолютного нуля (–273°С). В этих условиях полупроводники обладают свойствами идеальных изоляторов.
Суть ковалентной связи атомов полупроводников поясняется рис. 1.1
