У результаті створюється провідність n-типу.
Акцепторні домішки мають валентність на одиницю меншу, ніж атоми кристала і створюють діркову провідність (провідність р- типу). Акцепторами є атоми третьої групи (B, Al, Ga, In) у германії і кремнії. В акцепторів на зовнішній оболонці розміщено три електрони. Захоплюючи один з електронів сусіднього атома германія, домішковий атом доповнює зовнішню оболонку до чотирьох електронів і утворює чотири ковалентних зв'язки з атомами германія. На місці захопленого електрона утвориться дірка, що може легко перейти до сусіднього атома германія й у такий спосіб переміщатися по кристалу, стаючи носієм електричного струму. У той же час електрон, захоплений акцептором, залишається локалізованим і в електропровідності не приймає участі. На зонній схемі такий процес означає перехід електронів на рівень акцептора, що розташовані поблизу стелі валентної зони (рис.6, б). У валентній зоні утворяться дірки, які створюють провідність p-типу.
Помітимо, що в домішкових напівпровідників поряд з основними носіями струму (електронів – у напівпровідників n-типу і дірок – у напівпровідників р- типу) мається також невелика кількість неосновних носіїв, що виникають за рахунок переходів електронів з валентної зони в зону провідності. У напівпровідників n-типу неосновними носіями є дірки, а в напівпровідників р- типу – електрони. Внесок неосновних носіїв у загальну провідність домішкових напівпровідників через їхню малу концентрацію при кімнатній температурі несуттєвий, але їхня роль поступово зростає в міру підвищення температури.
Явище фотопровідності
Вільні носії заряду, що виникли в напівпровіднику внаслідок теплового руху, називаються рівноважними. Поява рівноважних носіїв струму, як уже відзначалося, приводить до поліпшення електропровідності напівпровідників.
Носії струму, що виникли в напівпровіднику за рахунок нетеплового впливу (наприклад, при світловому опроміненні), називаються нерівноважними. Нерівноважні носії є надлишковими відносно рівноважних. Якщо енергія світлового кванта задовольняє умові hn³DWd (чи hn³DWа), то в зоні провідності за рахунок переходів рівень донора®ЗП концентрація вільних електронів зростає (відповідно у валентній зоні за рахунок переходів ВЗ®рівень акцептора зростає концентрація дірок), тому нерівноважні носії струму поліпшують електропровідність напівпровідників. Явище зростання електропровідності напівпровідників під дією світла називається фотопровідністю.
Нехай на напівпровідник падає випромінювання постійної інтенсивності, під дією якого число нерівноважних носіїв (електронно-діркових пар) буде зростати. Однак крім процесу утворення електронно-діркових пар в напівпровіднику відбувається конкуруючий процес їхньої рекомбінації. В результаті усередині напівпровідника виникне динамічна рівновага між числом електронно-діркових пар, що утворилися і зникли в результаті рекомбінації, внаслідок чого установиться деяка стаціонарна концентрація нерівноважних носіїв nст.
Час перебування нерівноважного носія у відповідній зоні (електрона в зоні провідності, дірки у валентній зоні) називається часом життя. Час життя нерівноважних носіїв підкоряється статистичним закономірностям: окремі носії живуть різний час. Уведемо середній час життя електронно-діркової пари - :
(1)
де ti – час життя i-го нерівноважного носія.
Швидкість зменшення концентрації нерівноважних носіїв визначиться виразом n/t, а рівняння, що описує швидкість наростання концентрації нерівноважних носіїв, буде мати вид:
(2)
Інтегруючи це рівняння, одержимо
(3)
Оскільки густина фотоструму i пропорційна концентрації вільних носіїв, то
(4)
Формула (4) описує процес наростання фотоструму після включення освітлення. Видно, що при t=0 фотострум відсутній (i=0), а при t®¥ фотострум наближається до стаціонарного значення (i® iст)
Після припинення дії світлового потоку фотострум убуває по експоненціальому закону:
(5)
На рис.7 показано наростання фотоструму після включення світлового потоку в момент часу t = 0 (крива 1). Після вимикання освітлення в момент часу t = 50 мкс фотострум убуває (крива 2).
|
Рис.7 |
