4 . Примесная проводимость полупроводников

Проводимость полупроводников, обусловленная примесью, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники – примесными.

Примесную проводимость рассмотрим на примере германия и кремния, в которые вводятся атомы с валентностью, отличной от валентности основных атомов на единицу. Заместим атом германия пятивалентным атомом мышьяка As (см. рис. 8.11), у которого один электрон не может образовать ковалентную связь, и легко, при тепловых колебаниях решетки, может быть отщеплен от атома, т.е. стать свободными. С точки зрения данной теории расмотренный процесс можно представить следующим образом: введение примеси искажает поле решетки, что приводит к возникновению в запрещенной зоне энергетического уровня Д (рис. 8.12) валентных электронов мышьяка, называемого примесным уровнем.

В случае германия , т.к. , то уже при обычных температурах энергия теплового движения достаточна для того, чтобы перебросить электроны примесного уровня в зону проводимости.

В полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных атомов, носителями тока являются электроны; возникает электронная примесная проводимость (n - типа). Такие полупроводники называются полупроводниками n – типа. Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами, а энергетические уровни – донорными уровнями.

З аместим атом кремния трехвалентным атомом бора В. Для образования связей с четырьмя ближайшими соседями у атома не хватает одного электрона, одна из связей остается не укомплектованной и четвертый электрон может быть захвачен от соседнего атома основного вещества, где соответственно образуется дырка. Последовательное заполнение образующихся дырок электронами эквивалентно движению дырок в полупроводнике. Расстояние от валентной зоны до примесного уровня . Чуть выше валентной зоны образуется примесный энергетический уровень А, не занятый электронами. При низких температурах энергии kT хватает, чтобы электроны переместились на уровень А и, связываясь с атомами бора, потеряли способность к перемещению по решетке, т.е. в проводимости не участвуют. Носителями тока являются дырки, возникающие в валентной зоне.

Таким образом, в полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомов возникает дырочная проводимость (р - типа).

П римеси, захватывающие электроны из зоны валентности называются акцепторами, энергетические уровни – акцепторными уровнями. Кроме основных носителей тока – дырок и электронов – в полупроводниках имеются и не основные носители: n – типа – дырки; р – типа – электроны.