Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Примесная электропроводность полупроводников




Если в полупроводник ввести примесь другого вещества, то дополнительно к собственной появляется еще и примесная электропроводность, которая в зависимости от рода примеси может быть электронной или дырочной.

При введении в монокристалл четырехвалентного кремния атома пятивалентного элемента, например фосфора, четыре из пяти валентных электронов фосфора вступают в связь с четырьмя электронами соседних атомов кремния. Пятый же электрон фосфора, который слабо связан с ядром, легко отрывается фононом и становится свободным. В результате к собственным свободным электронам кремния добавляются электроны примесного происхождения. Проводимость при этом становится преимущественно электронной. Такие полупроводники называют электронными или полупроводниками n-типа. Механизм образования такого полупроводника показан на рис. 5, а.

Примесь, атомы которой легко отдают электроны, называют донорной (донор означает дающий, жертвующий). Сами же атомы донорной примеси превращаются в неподвижные ионы с единичным положительным зарядом, то есть ионизируются.

б
а

Рис. 5. Образование примесных полупроводников n-типа:

а – модель ковалентной связи; б – зонная модель.

 

С точки зрения зонной модели введение в кремниевый полупроводник донорной примеси приводит к появлению в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости дополнительных энергетических уровней, на которых находятся слабо связанные с ядром валентные электроны. Поскольку примесных атомов в полупроводнике сравнительно мало, а расстояние между ними достаточно велико, они практически не взаимодействуют между собой. Поэтому примесные уровни не расщепляются в зону и показываются на зонной диаграмме как один уровень (рис. 5, б). Разность энергий между примесным уровнем и уровнем дна зоны проводимости настолько мала, что уже при комнатной температуре все электроны с примесных уровней переходят в зону проводимости. Эти электроны добавляются к собственным, возникающим в процессе термогенерации, и полупроводник становится электронным. Концентрация электронов и дырок в таком полупроводнике обозначается с индексами «n» (n – negative), и их количество в отличие от собственного полупроводника является неодинаковым. Так, концентрация электронов становится больше на величину концентрации донорной примеси , а дырок в n-полупроводнике оказывается меньше, чем в собственном:

,

.

Последнее неравенство объясняется тем, что в электронном полупроводнике свободных электронов гораздо больше, чем в собственном, а значит, происходит больше актов рекомбинации. Электроны в полупроводнике n-типа принято называть основными носителями заряда, а дырки – неосновными.

Если в монокристалл кремния вводить атомы трехвалентного элемента, например бора, то три его валентных электрона вступают в связь с тремя валентными электронами кремния. Для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки атому бора не хватает одного электрона, и он забирает его у соседнего атома кремния. Сам атом бора превращается в неподвижный ион с единичным отрицательным зарядом (см. рис. 6, а). Такие примеси называют акцепторными, то есть принимающими электрон. У соседнего атома кремния в этом случае появляется незаполненная валентная связь, или дырка. Эти дырки добавляются к дыркам собственного полупроводника.

б
а

Рис. 6. Образование примесных полупроводников р-типа:

а – модель ковалентной связи; б – зонная модель.

 

С точки зрения зонной модели полупроводника атомы акцепторных примесей создают дополнительные свободные энергетические уровни в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. На эти уровни легко переходят электроны из валентной зоны, создавая в ней дополнительные дырки
(см. рис. 6, б). Полупроводник становится дырочным или полупроводником р-типа. Концентрации электронов и дырок в таком полупроводнике обозначают с индексами «р» (р – positive). Дырок в валентной зоне становится больше на величину концентрации акцепторной примеси , а количество электронов уменьшается в результате рекомбинаций:

,

.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-10-17; Просмотров: 411; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.