Примесная проводимость. Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью

Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.

По виду проводимости[

Электронные полупроводники (n-типа]

Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например,мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.

Дырочные полупроводники (р-типа)

Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.

4. Природа електропровідності напівпровідника (генерація та рекомбінація, діркова та електронна провідність, механізм переносу носіїв заряду, власна та домішкова провідність).

Носії заряду. Класифікацію електропровідності діелектриків, перш за все, доцільно проводити відповідно до природи носіїв заряду; у цьому разі можна виділити кілька можливих внесків у провідність, які перераховані на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Класифікація носіїв заряду в діелектриках

У разі електронної провідності заряд переноситься негативно зарядженими електронами або позитивно зарядженими електронними вакансіями – дірками. Для діелектриків і деяких напівпровідників характерним також є поляронний тип зарядів – коли електрони або дірки сильно зв’язані з кристалічною граткою і тому мають порівняно низьку рухливість.

Характерним саме для діелектриків є іонне електроперенесення заряду – це потік позитивно заряджених катіонів або негативно заряджених аніонів, або ж заряджених іонних вакансій. У разі іонної провідності, крім перенесення заряду, в постійному електричному полі відбувається також й перенесення речовини – електроліз.

Рідкі діелектрики, крім електронної і іонної провідності, можуть мати моліонну провідність, якщо носії заряду – це заряджені групи молекул або навіть заряджені макроскопічні частинки (електрофорез). У випадку позитивного заряду моліонів явище електроперенесення зарядженими частинками називають катафорезом, а у разі негативного заряду моліонів – анафорезом.

Генерація вільних зарядів. Електропровідність діелектриків, як і напівпровідників, завжди активаційна: носії заряду виникають через різні процеси, що збуджують їх появу, рис. 2.2.

Рис. 2.2. Класифікація механізмів генерації носіїв заряду

Найбільш універсальним і тому важливим процесом слід вважати термічну активацію – це постійно діючий механізм появи в кристалах носіїв заряду. За нормальних і підвищених температур термічна генераціяносіїв заряду в діелектриках дає основний внесок у провідність, причому для діелектриків характерна не тільки термогенерація електронів (дірок), але й генерація мобільних іонів.

Крім процесу теплової генерації електронів і дірок (або іонів і вакансій), відбуваються і процеси їх рекомбінації, за яких електрон і дірка (або іон і вакансія) вбудовуються у нейтральну структуру і як носії заряду «взаємно знищуються». У діелектриках (як і в напівпровідниках) між тепловою генерацією і рекомбінацією носіїв установлюється динамічна рівновага, яка залежить від глибини залягання енергетичних рівнів і температури. Тому носії заряду, утворені внаслідок термічної активації, називають рівноважними. Важливо відмітити, що рівноважними є тільки носії заряду, які утворені термічним збудженням і релаксацією; інші механізми генерації, перераховані на рис. 2.2, призводять тільки до нерівноважних носіїв заряду.

Інжекція електронів або дірок в діелектрик (або напівпровідник) може відбуватися з металевих електродів за певних умов, причому носії заряду, що впроваджуються у кристал, завжди нерівноважні (інжекція розглянута далі у розділі 2.). Фотогенерація зарядів у діелектрику зумовлена різними опроміненнями, причому виниклі електричні заряди також нерівноважні; нарешті, ударна іонізація відбувається у сильних електричних полях і також приводить до генерації нерівноважних носіїв: за лавинного наростання концентрації носіїв заряду ударна іонізація може спричиняти електричний пробій. Ці механізми розглянуті в розділі 10.

Механізми переносу заряду є ще одним важливим аспектом електропровідності діелектриків, рис. 2.3. Механізм переносу називають дрейфовим, якщо більшу частину часу носії заряду витрачають на рух (зокрема і на прискорений рух) в електричному полі, а меншу частину часу – на зіткнення, захоплення і розсіювання на інших частинках. В невеликих електричних полях дрейфова швидкість заряджених частинок набагато нижча від швидкості їх хаотичного переміщення.

Рис. 2.3. Механізми руху зарядів у діелектрику

Для діелектриків важливим механізмом перенесення заряду слід вважати також стрибковий механізм, характерний як для іонної, так і для поляронної провідності. Згідно з цим механізмом носії заряду більшу частину часу перебувають у локалізованому стані й зовсім мало часу витрачають на рух – «стрибок» на сусідній центр локалізації у кристалічній ґратці. Слід зауважити, що цей стрибок є зміною квантового стану, який відбувається миттєво, але кількість таких стрибків за одиницю часу (їх частота) є обмеженою.

Як у напівпровідниках, так і в діелектриках можливий також і дифузійний механізм переносу заряду, коли за рахунок невпорядкованих хаотичних рухів носіїв заряду їх концентрація в діелектрику (або напівпровіднику) вирівнюється: носії заряду поступово переміщуються з ділянки підвищеної концентрації в ділянку меншої концентрації однакових частинок. Дифузійний струм може спостерігатися за відсутності зовнішнього електричного поля.

http://sermir.narod.ru/tryd/Posob/elprov1.htm

+ см. ответ на предыдущий вопрос.

Дата добавления: 2014-01-15