Домішкова провідність напівпровідників

,.

Якщо у кристалі напівпровідника замістити власні атоми на атоми домішок з одним зайвим валентним електроном, то цей зайвий електрон легко відривається від остова і стає вільним. Наприклад, енергія відриву валентного електрона від атома фосфора (іонізація) становить 10.3 В, а енергія відриву цього електрона у кристалі германія під впливом кристалічного поля складає 0.05 еВ. У випадку коли концентрація домішки буде більшою ніж концентрація власних носіїв струму, вільні електрони домішок стануть основними носіями струму. Така домішка назівається донорною, а напівпровідник називають n-напівпровідником. Провідність донорного напівпровідника записують у вигляді .

Якщо домішка буде мати число валентних електронів на один менше, ніж це необхідно для утворення повного зв'язку у кристалі, то виникне дірка. Перехід валентного електрона на вакансію домішки потребує енергію, як і у випадку донорної домішки, коло 0.05 еВ. У випадку коли концентрація домішки буде більшою ніж концентрація власних носіїв струму, то дірки домішок стануть основними носіями струму. Така домішка назівається акцепторною, а напівпровідник називають p-напівпровідником.

Провідність акцепторного напівпровідника записують у вигляді .

Для власної провідності залежність концентрації n електронів провідності та дірок від температури має вид

,

де - енергія активації.

Для домішкової провідності залежність концентрації n носіїв струму від температури має вид

,

де - енергія відриву валентного електрона донорної домішки, або енергія переходу валентного електрона напівпровідника на вакансію акцепторної домішки.

Нижче у таблиці наведені значення характеристик електронів та дірок різних домішок. Як видно з таблиці, енергії відриву електронів донорних домішок досить малі у той же час енергія іонізації атомів цих домішок досить значна і становить для фосфору Р 10.3 еВ, для миш'яку As – 9.4 еВ, для сурьми Sb – 8.5 еВ. Це явище пояснюється впливом кристалічного поля напівпровідника на атоми донорних домішок.

Таблиця 2. Деякі характеристики кремнію та германія.

Cимвол та ширина забороненої зони	рухливість	щілина для донора (еВ)	щілина для акцептора (еВ)	Питомий опір	Відно-шення мас електронів
		un	up	P	As	Sb	B	Al	Іn
Si	1,1	0,135	0,04	0,05	0,05	0,039	0,045	0,06	0,07		0,2
Ge	0,72	0,45	0,4	0,01	0,013	0,01	0,01	0,01	0,01		0,1

Застереження. При деякій температурі величина власної провідності у домішковому напівпровідникові зросте й стане рівною або більшою провідності домішки. При цій температурі перестануть працювати напівпровідникові прилади, характеристики яких ґрунтуються на властивостях домішкових напівпровідників.

Дата добавления: 2015-05-24