Примесные полупроводники. Примесные полупроводники всегда содержат донорную или акцепторную примесь (см

Примесные полупроводники всегда содержат донорную или акцепторную примесь (см. ниже). В производстве полупроводниковых приборов примесные полупроводники используют чаще, поскольку в них свободные носители заряда образуются при более низких температурах (чем в собственных полупроводниках), которые отвечают рабочему интервалу температур полупроводникового прибора.

Концентрация легирующей примеси обычно незначительна, она составляет один атом на 10¹⁰-10¹² атомов полупроводника.

Различают донорные и акцепторные примеси.

Если в четырехвалентный кремний Si ввести примесь пятивалентного химического элемента мышьяка As, то каждый атом As образует четыре ковалентные связи с соседними атомами кремния.

При этом на образование химических связей будут использованы четыре валентных электрона As. Пятый электрон будет связан с атомом As лишь слабыми силами электростатического взаимодействия (рис. 16.2в).

Рис. 3116.2.

При небольшой энергии внешнего воздействия

W _вн ≥ Δ W _д,

где Δ W _д – энергия разрыва электростатической связи электрона с атомом As (см. рис. 31.1в), пятый электрон будет оторван от атома As и переведен в зону проводимости. Таким образом, проводимость полупроводника в данном случае (в отсутствии собственной проводимости) осуществляется за счет электронов примесей, не участвующих в образовании химических связей.

Проводимость называется электронной, проводник n -типа, а примесь донорной. Электроны называются основными носителями зарядов, дырки – неосновными носителями зарядов.

Введем в кристалл Si примесь трехвалентного бора В. При этом каждый атом бора обобществляет валентные электроны с электронами атомов кремния, образуя три ковалентные связи. У одного из 4-х атомов Si ковалентная связь оказывается незавершенной. Для образования четвертой связи атом бора «заимствует» недостающий электрон у соседнего атома кремния, при этом в его кристаллической решетке образуется свободный энергетический подуровень или, так называемая, «дырка» (см. рис. 16.2б).

Энергия внешнего энергетического воздействия (W _вн) при этом составляет:

W _вн ≥ Δ W _а ,

где Δ W _а – энергия образования дырок в валентной зоне полупроводника за счет перехода электронов на уровни акцепторной примеси.

Дырке условно присваивается положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона.

Далее в эту дырку может переместиться электрон другого атома Si. То есть возникает эстафетное движение дырки по ВЗ кристалла кремния. Это условно, на самом деле движется, конечно, электрон.

Таким образом, проводимость полупроводника в данном случае (в отсутствии собственной проводимости) осуществляется путем эстафетного перемещения валентных электронов Si в его ВЗ или, как условно принято, перемещением «дырки». Затраты энергии на перемещение «дырки» малы:

Δ W _вз < Δ W _а,

где Δ W _вз – разница энергий между энергетическими подуровнями в ВЗ кремния (см. рис. 16.2а).

Такая проводимость называется «дырочной», полупроводник – p –типа (положительного типа), примесь акцепторной, т.е. принимающей электроны. Здесь «дырки» называются основными носителями зарядов, а электроны – не основными носителями зарядов.

Дата добавления: 2017-01-13