Przewodnictwo samoistne

Przewodnictwo samoistne – przewodnictwo elektryczne w gazach lub w półprzewodnikach, występujące w sytuacji gdy nie występują zakłócenia ośrodka.

W gazach przewodnictwo samoistne występuje, gdy brak jest czynnika jonizującego^[1]. Przy odpowiednio wysokim polu elektrycznym w gazie następuje wyładowanie samoistne, np. jarzeniowe, iskrowe lub łukowe^[2][3].

W półprzewodnikach przewodnictwo samoistne ma miejsce, gdy brak jest zanieczyszczeń i domieszek. Uzyskanie czystego półprzewodnika samoistnego jest praktycznie niemożliwe, gdyż w każdym materiale zawsze są obecne zanieczyszczenia. Przepływ prądu w czystym półprzewodniku możliwy jest dzięki termicznemu^[a] wzbudzeniu elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa^[b]; równocześnie w pasmie walencyjnym powstaje taka sama liczba dziur^[6]. Na całkowity prąd płynący przez półprzewodnik składa się prąd elektronowy i dziurowy. Ponieważ ruchliwość elektronów jest większa od ruchliwości dziur, udział prądu elektronowego w prądzie całkowitym jest większy niż prądu dziurowego^[5].

Zależność przewodnictwa właściwego samoistnego od temperatury przedstawia równanie^[6]:

${\displaystyle \sigma =\alpha (u_{\mathrm {n} }+u_{\mathrm {p} })e^{\frac {-\epsilon _{\mathrm {g} }}{2kT}}}$

gdzie ${\displaystyle \alpha }$ – współczynnik proporcjonalności

${\displaystyle u_{\mathrm {n} }}$ – ruchliwość elektronów w pasmie przewodnictwa

${\displaystyle u_{\mathrm {p} }}$ – ruchliwość dziur w pasmie walencyjnym

${\displaystyle \epsilon _{\mathrm {g} }}$ – energia powstania pary elektron–dziura

${\displaystyle k}$ – stała Boltzmanna

${\displaystyle T}$ – temperatura bezwzględna

Przewodnictwo samoistne jest znacznie słabsze od przewodnictwa domieszkowego, a obecność nawet bardzo małej ilości domieszki silnie zwiększa przewodnictwo, np. po wprowadzeniu boru do krzemu w stosunku 1:100 000 przewodnictwo wzrasta ok. 1000 ×^[5].