Примесные полупроводники. Проводимость полупроводников

Проводимость полупроводников

Если к кристаллу полупроводника приложить внешнее поле E, то возникает направленное движение, дрейф электронов против поля, а дырок - в направлении поля. Через кристалл потечет электрический ток. Проводимость полупроводника зависит от концентраций электронов n_o, дырок р₀ и их подвижностей μ_n и μ_р:

σ = q(n_oµ_n + p_oµ_p), (В.6)

где q – абсолютное значение заряда электрона. Подвижность – это скорость дрейфа носителей заряда в электрическом поле единичной напряженности, т.е. µ = v_др/E. В собственном полупроводнике концентрация электронов и дырок равны n₀=p₀=n_i и согласно (В.1) возрастают с повышением Т. Поэтому электропроводность собственных полупроводников с ростом температуры резко увеличивается.

Кроме собственных существуют примесные полупроводники, в которых часть атомов исходного вещества заменена атомами других элементов. Примесные атомы бывают двух типов.

Электроны атомов донорной примеси занимают уровень энергии E_d, расположенный внутри запрещенной зоны вблизи дна зоны проводимости Е_С (Рис.В.4). Атом донора может отдать один электрон в зону проводимости. Это возможно, если электрон получит от решетки энергию, превышающую величину E_C – E_d = ΔE_d, при этом атом донора приобретает положительный заряд.

Атом акцептора, наоборот, может захватить один электрон валентной зоны, создавая в ней дырку. Уровни энергии Е_а таких электронов расположены в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зо-ны Ev. Атом акцептора захватывает электрон, если он получает от решетки энергию, превышающую величину E_a – E_V = ΔE_a, и становится отрицательно заряженным ионом.

Различие между собственными и примесными полупроводниками определяется степенью влияния примесей на их электропроводность. Если концентрация доноров N_d в полупроводнике N_d >> n_i, то основной вклад в электропроводность дают электроны проводимости, так как n₀ >> p₀. Такой полупроводник называют полупроводником n-типа. В полупроводнике n-типа электроны называются основными носителями заряда, а дырки – неосновными. Если же в полупроводнике концентрация акцептора N_a >> n_i, то р_о >> n_о, и основной вклад в электропроводность дают дырки. Такой полупроводник называется полупроводником р-типа. В полупроводнике р-типа дырки являются основными носителями заряда, а электроны – неосновными. В примесных полупроводниках с ростом концентрации доноров N_d уровень Ферми поднимается вверх, приближаясь к зоне проводимости. С ростом N_a уровень Ферми опускается к потолку валентной зоны. Если уровень Ферми находится в пределах запрещенной зоны, то полупроводник является невырожденным.

Дата добавления: 2015-06-26