3. Электропроводность примесных

ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Примесным называют полупроводник, в кристаллическую решетку которого введены атомы других веществ. В качестве примеси используют атомы элементов соседних к полупроводникам групп таблицы Менделеева – V группы (мышьяк, фосфор или сурьма) или III группы (алюминий, бор или индий). Концентрация примесных атомов считается достаточной, если их число в единице объема составляет тысячные доли процента от числа собственных атомов.

Атомы элементов V группы имеют по пять валентных электронов.

Четыре электрона примесного атома занимают места в валентной зоне атомов, а пятый образует дополнительный (локальный) энергетический уровень за пределами валентной зоны ε₁, ε₂, ε₃ (рис.18. 3, а). Такая примесь называется донорной.

Атомы элементов III группы имеют по три валентных электрона. При введении такой примеси образуются свободные энергетические уровни ε₁, ε₂, ε₃ рядом с валентной зоной (рис. 18. 3, б). Такая примесь называется акцепторной.

Близость локальных уровней к зоне проводимости (рис.18. 3, а) приводит к тому, что даже при небольшом нагреве электроны с этих уровней могут переходить в свободную зону проводимости. Далее электрон может перемещаться от атома к атому в пределах кристаллической решетки. Произошло образование свободного носителя заряда – электрона проводимости без образования дырки. При введении донорной примеси концентрация электронов может быть определена выражением

, (18.4)

где С – концентрация примеси, – интервал энергии между верхним занятым примесным и нижним уровнями свободной зоны.

Обычно . Например, для германия с примесью фосфора , а для кремния – 0,045эВ. Поэтому n_n, рассчитанное по (18.4), при концентрации примеси С = 10¹⁷∙см³ значительно больше n, определенной по (18.1), и составляет 1,5∙10¹⁵. Таким образом, концентрация свободных электронов оказывается значительно больше концентрации дырок, поэтому электропроводность определяется концентрацией электронов. В этом случае электроны называют основными носителями зарядов, а полупроводник – полупроводником n – типа. Для полупроводника n – типа электрическая проводимость называется электронной и определяется выражением

. (18.5)

При введении акцепторной примеси (рис. 18.3, б) рядом с валентной зоной образуются дополнительные энергетические уровни. При температуре абсолютного нуля они свободны. Однако достаточно незначительных температурных возмущений, чтобы электроны из валентной зоны перешли на дополнительные энергетические уровни. Переход электронов сопровождается образованием положительных зарядов основного вещества – дырок. Их концентрация р_р может быть определена аналогично (18.4). В этом случае дырки становятся основными носителями зарядов, а полупроводник – полупроводником р-типа. Для полупроводника р-типа электрическая проводимость называется дырочной и определяется выражением

. (18.6)

4. Электронно-дырочный переход

И ЕГО СВОЙСТВА

Металлургическая граница между полупроводниками двух типов называется электронно-дырочным, или p-п переходом (Рис. 18.4, а). Это основной рабочий элемент полупроводниковых электронных приборов. Определим его основные свойства.