1. Полупроводниковые материалы. Структура, связь атомов в кристаллической решеткою. Образование носителей заряда в собственных и примесных полупроводниках. Зонная структура полупроводников.

Полупроводниками являются, как правило, твердые тела срегулярной кристаллической структурой (монокристаллы). Их кристаллическая решетка состоит из множества повторяющихся и примыкающих друг к другу элементарных ячеек.

Разновидности кубической решетки:

-простая кубическая решетка

-кубическая объемо-центрированная решетка

-кубическая гранецентрированная решетка

-решетка типа алмаз

Образование носителей заряда в собственных и примесных полупроводниках.

Беспримесный и бездефектный полупроводник с идеальной кри­сталлической решеткой называют собственным полупроводником. Проводимость собственного полупроводника, обусловленную парными носителями теплового происхождения, называют собственной прово­димостью.

Чтобы превратить собственный полупроводник в примесный, не­обходимо ввести в его кристаллическую решетку некоторое количество специально подобранной химической добавки, т. е. осуществить леги­рование полупроводника. На практике легирование осуществляется при помощи процесса диффузии, эпитаксиального наращивания, ион­ной имплантации атомов и др.

Существуют примеси двух видов: доноры — пятивалентные элемен­ты, такие как фосфор, мышьяк, сурьма и акцепторы - трехвалентные элементы, такие как бор, алюминий, галлий.

Если ввести в кремний атом донора, то четыре из пяти валентных электронов этого элемента вступают в связь с четырьмя электро­нами соседних атомов кремния и образуют устойчивую оболочку из восьми электронов. Девятый электрон в этой комбинации оказы­вается слабо связанным с ядром пятивалентного элемента; он легко отрывается и делается свободным. При этом примесный атом превра­щается в неподвижный ион с единичным положительным зарядом. Свободные электроны примесного происхождения добавляются к собственным свободным электронам (рис. 1.3, а). Поэтому прово­димость полупроводника становится преимущественно электронной. Такие полупроводники называют электронными, донорными или п-типа.

Если ввести в Si атом трехвалентного элемента (например, бора или алюминия), то все три его валентных электрона вступают в связь с че­тырьмя электронами соседних атомов Si. Для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки нужен дополнительный электрон, отби­раемый от ближайшего соседнего атома, у которого в результате образу­ется незаполненная связь — дырка. Атом примеси превращается в непод­вижный ион с единичным отрицательным зарядом (рис. 1.3, б). Дырки примесного происхождения добавляются к собственным дыркам, так что проводимость полупроводника становится преимущественно дырочной. Такие полупроводники называются дырочными, акцепторными или p-типа. Примеси, обуславливающие дырочную проводимость, называ­ются акцепторными.

Отрыв лишнего электрона от донора или добавление недостающего электрона к акцептору требует затраты энергии ионизации или активи­зации примеси.

Поскольку в примесных полупроводниках концентрации электронов и дырок резко различны, принято называть носители преобладающего типа основными, а носители другого типа неосновными. Основные но­сители в полупроводниках п-типа — электроны, а в полупроводниках р- типа — дырки.