Примесные полупроводники. В полупроводниковой электронике наибольшее применение получили элементы IV группы периодической системы Д

В полупроводниковой электронике наибольшее применение получили элементы IV группы периодической системы Д. И. Менделеева – кремний Si и германий Ge. Эти элементы кристаллизуются в кристаллическую решетку алмазного типа, в которой каждый атом окружен четырьмя ближайшими атомами. При этом между атомами устанавливается парно-электронная связь.

Идеальным называют кристалл со строго упорядоченным расположением атомов в узлах кристаллической решетки, который не содержит незанятых узлов, а так же атомов других элементов примесей. Однако жесткая, устойчивая структура кристаллической решетки сохраняется лишь при температуре абсолютного нуля. А под тепловым воздействием ковалентные связи разрываются, и часть электронов переходит из валентной зоны в зону проводимости.

В результате этого разрыва некоторые электроны отрываются от своего ядра. На их месте остается энергетическое пространство, которое называется дыркой – р (фиктивная, положительно заряженная частица).

Процесс возникновения пары электрон – дырка называется генерацией.

Процесс заполнения дырки электроном называется рекомбинацией. Как правило, дырки перемещаются внутри кристаллической решетки в валентных зонах. Направление их движения совпадает направлением поля. При наличии дырок в валентной зоне и свободных электронов в зоне проводимости, полупроводник приобретает способность проводить электрический ток.

Однако работа полупроводниковых приборов основана на явлениях примесной проводимости. Для этого в кристаллическую решетку полупроводника добавляют атомы других элементов III (бор) или V (фосфор) группы. Атомы этих примесных элементов либо отдают электрон, либо захватывают его, изменяя тем самым тип электропроводности полупроводника.

Примесные полупроводники, обладающие избытком электроном, называют донорными.

Примесные полупроводники, обладающие избытком дырок, называют акцепторными.

Подвижные носители заряда, концентрация которых в примесных полупроводниках преобладает, называют основными, а подвижные носители зарядов, составляющие меньшинство – не основными.

Иногда, в полупроводник добавляют одновременно и донорные и акцепторные примеси для гибкого изменения типа электропроводности. Примесный полупроводник в котором донорные и акцепторные примеси составляют равные концентрации называют скомпенсированными.

Таким образом, в значительной степени увеличить электропроводность полупроводника можно путем введения примесей, увеличивая тем самым концентрацию дырок или электронов. В результате получается уже не собственный ПП (полупроводник), а примесный. В собственном ПП количество электронов и дырок одинаковое, т.е. п = р.

В примесном ПП п = р, поэтому встает вопрос об основных (ОН) и не основных (НН) носителях зарядов.

ОН – основные носители заряда, концентрация которых преобладает в данном ПП.

НН – не основные носители заряда, концентрация которых в этом же проводнике на несколько порядков ниже.

ПП типа «n» – это ПП с пятивалентной донорной примесью, для которого п р и основными носителями заряда являются электроны.

В качестве примеси (донора) могут использоваться следующие элементы: As; Sb; P.

ПП типа «р» – это ПП с трехвалентной примесью (акцепторной), для которого р п; и основными носителями заряда являются дырки.

В качестве акцептора используются элементы: In; Al; B.

Проводимость примесного ПП имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения и температуры. Эти свойства ПП используются в термисторах и варисторах.

Термистор – это ПП резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления ПП от температуры. Наибольшее распространение получили терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом.

Варистор – ПП резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

Выводы

1. Идеальным называют кристалл со строго упорядоченным расположением атомов в узлах кристаллической решетки, который не содержит незанятых узлов, а так же атомов других элементов примесей.

2. Энергетическое пространство, которое остается после перемещения электрона называется дыркой – р (фиктивной, положительно заряженной частицей).

3. Генерация – это процесс возникновения пары электрон – дырка.

4. Рекомбинация – это процесс заполнения дырки электроном.

5. Примесные полупроводники, обладающие избытком электроном, называют донорными (ПП типа «n»).

6. Примесные полупроводники, обладающие избытком дырок, называют акцепторными (ПП типа «р»).

7. Термистор– это ПП резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления ПП от температуры. Наибольшее распространение получили терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом.

8. Варистор – ПП резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

Контрольные вопросы

1. Какова кристаллическая решетка идеального кристалла?

2. Как изменяется структура кристаллической решетки идеального кристалла под воздействием изменений температуры?

3. Что такое носители зарядов и почему их называют основными и не основными?

4. Какие процессы происходят внутри кристаллической решетки и как они называются?

5. Дайте определение примесных полупроводников различных типов.

6. Назовите резисторы, выполненные на основе полупроводника.

Дата добавления: 2014-01-06