Четырехвалентный германий с примесью пятивалентного фосфора.

Пятый электрон слабо связан с атомом и легко отделяется от него за счет энергии теплового движения. Образуется свободный электрон, но дырка не возникает, так как ковалентная связь не разрушается. Вблизи атома примеси возникает положительный заряд, но он связан с этим атомом и перемещаться по кристаллу не может. Атом примеси за счет этого положительного заряда может захватить свободный электрон, но связь с ним окажется не прочной и легко разрушится (рис. 3).

Рис. 3

В полупроводнике с пятивалентной примесью имеется только один вид носителей заряда – электроны. Такой полупроводник (говорят, n - типа) обладает электронной проводимостью, примесь называется донорной. Примеси искажают поле решетки и появляются локальные донорные уровни (ЛДУ). Энергию локального донорного уровня электрон может иметь, если находится вблизи атома примеси, создавшего этот уровень. (Рис. 4).

	Если донорные уровни лежат вблизи потолка валентной зоны, они не могут существенно повлиять на электрические свойства кристалла. Если донорные уровни находятся вблизи дна зоны проводимости, то уже при небольшой температуре электроны с ЛДУ переходят в зону проводимости, что соответствует отщеплению пятого электрона от атома примеси. Рекомбинации соответствует обратный переход.
Рис. 4

Четырехвалентный кремний с примесью трехвалентного бора.

	При переходе электрона на неукомплектованную связь возникает вакантное место или дырка, которая будет перемещаться по кристаллу. Вблизи примеси появляется избыточный отрицательный заряд, но он связан с атомом примеси и не может перемещаться по кристаллу (рис. 5). При в ведении в полупроводник акцепторной примеси возникает дырочная проводимость (полупроводник p – типа).
Рис. 5

	В таком полупроводнике появляются локальные акцепторные уровни (ЛАУ) (рис. 6). Дырка возникает при переходе электрона из валентной зоны в ЛАУ. С повышением температуры концентрация примесных носителей быстро достигает насыщения, поэтому при низких температурах преобладает примесная, а при высоких собственная проводимость.
Рис. 6

В области собственной проводимости полупроводников температурная зависимость проводимости носит экспоненциальный характер:

.

(7)

где – ширина запрещенной зоны.

В области примесной проводимости полупроводников эта зависимость имеет аналогичный вид:

.

(8)

В выражениях (7)-(8) – константа данного полупроводника; – энергия активации примеси; – константа Больцмана; Т – температура, К. Таким образом, при экспоненциальной зависимости концентрации носителей тока от температуры, именно эта зависимость и будет определять характер температурной зависимости проводимости полупроводника.

Если примесной полупроводник является полупроводником n-типа, то определяет глубину расположения донорных уровней относительно дна зоны проводимости ( ), т. е. ту энергию, которая необходима для отрыва электронов от атома примеси и перевода в зону проводимости, где он может свободно перемещаться по кристаллу.

Если полупроводник p-типа, то определяет энергетическое положение акцепторных уровней относительно вершины валентной зоны ( ) .

В настоящей работе измеряется зависимость R(T) полупроводникового прибора – терморезистора. В интервале температур, где имеет место примесная проводимость, сопротивление полупроводника уменьшается с увеличением температуры по экспоненциальному закону:

.

(9)

где R₀, A – константы для данного типа терморезистора, при этом константа А связана со свойствами полупроводникового материала, из которого изготовлен терморезистор, соотношением:

.

(10)

Логарифмируя формулу (9), получим:

.

(11)

Зависимость (11), построенная в осях: , , является прямой линией, тангенс наклона которой к оси равен константе А. Получение из опытных данных линейной зависимости от является доказательством того, что сопротивление данного полупроводника зависит от температуры экспоненциально по формуле (9).