Примесные полупроводники.

Примеси бывают внедрения и примеси замещения. И те и другие примеси влияют на величину электропроводности материала, в полупроводниках электропроводность растет при введении примеси, однако, только примеси замещения изменяют тип электропроводности полупроводника. Примесными называют полупроводники, электрофизические параметры которых при данной температуре определяются наличием примесей.

Примеси замещения в зависимости от реакции на их введения подразделяем на донорные и акцепторные.

Донорные легированные полупроводники.

Донорные примеси – примеси, с большей валентностью, чем у самого полупроводника. Следовательно, данные примеси имеют большее число электронов в валентной оболочке атомов (в валентной зоне). При образовании связей с атомами полупроводника один из валентных электронов примесного атома оказывается незадействованным, следовательно, его легко оторвать от атома. С точки зрения зонной теории, примесь, как и любой дефект кристаллической решетки, образует разрешенный для пребывания электронов уровень в запрещенной зоне, и уровень этот для донорной примеси находится вблизи дна зоны проводимости, поэтому электронам гораздо легче с этого уровня попасть в зону проводимости из валентной зоны, т.к. требуется меньше энергии. В результате в зоне проводимости число электронов оказывается гораздо больше числа дырок в валентной зоне. Мы получим полупроводник с преимущественной электронной проводимостью – полупроводник n типа.

Дырки, которые образуются возле примесных атомов не участвуют в переносе электрического заряда по объему полупроводника. Они неподвижны, т.к. обменное взаимодействие, в результате которого дырка перемещается по полупроводнику, не возможно между атомами примеси и атомами полупроводника. Суммарный заряд легированного полупроводника равен нулю и отрицательный заряд большого числа свободных электронов в полупроводнике n типа компенсируется положительным зарядом ионов примесей. Ионы и примеси положительно заряжены. Мы можем наблюдать этот положительный заряд при условии создания искусственного обеднения основными носителями заряда.

Акцепторные легированные полупроводники

Акцепторные примеси имеют валентность меньше, чем собственный полупроводник. Встраиваясь в кристаллическую решетку и образуя связи, такие примеси захватывают недостающие для образования связей электроны у полупроводника. Таким образом сами атомы примесей заряжаются отрицательно, а в полупроводнике возникает большое число дырок. С точки зрения зонной теории акцепторная примесь создает разрешенный для пребывания электронов уровень вблизи потолка валентной зоны. И следовательно электронам гораздо легче из валентной зоны перейти на этот акцепторный уровень, чем в зону проводимости.

В результате число электронов в зоне проводимости оказывается много меньше числа дырок в валентной зоне. Т.е. мы получили полупроводник с преимущественной дырочной проводимостью, или полупроводник p типа. Электроны, оказавшиеся на примесном уровне по тем же причинам не участвуют в электропроводности, что и дырки на донорном уровне. Т.е. отрицательный заряд ионов примесей неподвижен.

Среднелегированный полупроводник имеет 10¹⁶ степень легирования – это значит, что в 1 см³ находится 10¹⁶ легированных атомов на 10²⁸ атомов собственного полупроводника, (сильно легированный n⁺, слаболегированный n^-)