Вырожденные полупроводники

Если концентрация примеси очень большая, то уровни примесных атомов в полупроводнике (см. «Введение» п.6) расширяются в полосы, сливающиеся с зоной проводимости в случае донорной примеси или с валентной зоной в случае акцепторной примеси. Уровень Ферми (см. «Введение» п.3) оказывается при этом либо в зоне проводимости (рис.4.1.а), либо в валентной зоне (рис.4.1.б). В этом случае говорят о вырождении электронов или дырок и, соответственно, о вырожденных полупроводниках n- или р-типа.

В вырожденном полупроводнике n-типа электроны полностью заполняют не только уровни валентной зоны, но и практически все

Уровни, лежащие в зоне проводимости вблизи ее дна ниже уровня Ферми E_F (рис.4.1.а). При повышении температуры электроны получают энергию от тепловых колебаний кристаллической решетки полупроводника и переходят на уровни с большей энергией. Поэтому слой плотно заполненных уровней вблизи дна зоны проводимости уменьшается, уровень Ферми опускается вниз и при достаточно высокой температуре может оказаться в запрещенной зоне, т.е. вырождение может исчезнуть.

В вырожденном полупроводнике р-типа электроны почти полностью заполняют все уровни валентной зоны ниже уровня Ферми E_F. Выше E_F электронов практически нет (рис.4.1.б). Повышение температуры приводит к переходу электронов на уровни с большей энергией и смещению уровня E_F вверх, и при некоторой температуре вырождение исчезает. Критическая температура, при которой исчезает вырождение, тем выше, чем больше концентрация примеси.

Дата добавления: 2015-06-26