Глава 1. О зонной теории твердых тел

В ту пору, когда исследователи впервые столкнулись с полупроводниками, существовало четкое разделение всех твердых тел на две большие, принципиально различные по своим свойствам группы - на проводники (к которым относились все металлы) и изоляторы (или диэлектрики). Новые материалы нельзя было отнести ни к одной из этих групп: с одной стороны, они проводили электрический ток, хотя и гораздо хуже, чем металлические проводники, а с другой - проводимость обнаруживалась у них далеко не во всех случаях. Тем не менее само наличие проводимости у этих новых веществ предопределило их название - полупроводники (плохие проводники).

В дальнейшем было выявлено, что проводимость полупроводников отличается от проводимости металлов как по своей природе, так и по характеру влияния на нее различных внешних факторов. Так, влияние температуры на проводимость металлических проводников и полупроводников оказалось диаметрально противоположным: если у металлов повышение температуры вызывает постепенное уменьшение проводимости, то нагрев полупроводников приводит к резкому возрастанию их проводимости. Введение примесей влияет на проводимость металлических проводников и полупроводников также по-разному: в металлах наличие примеси приводит, как правило, к ухудшению их проводящих свойств, в то время как в полупроводниках введение даже ничтожного количества определенных примесей является причиной увеличения проводимости в десятки и сотни тысяч раз. Наконец, если направить на проводник пучок света или поток каких-либо частиц, то это практически не скажется на его проводимости; в полупроводнике же воздействие излучения или бомбардировка частицами вызывает очень сильное увеличение проводимости.

Интересно отметить, что все эти свойства полупроводников в значительной степени характерны и для диэлектриков, поэтому было бы гораздо правильнее назвать полупроводники полуизоляторами или полудиэлектриками.

Чтобы понять поведение полупроводников в различных условиях, объяснять их свойства, предсказывать новые эффекты, надо подробно рассмотреть особенности структуры этих веществ. Поэтому мы начнем рассказ с того, как устроены атомы вещества.