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.

1.3. Напівпровідникові діоди

Розглянемо явища, що відбуваються на границі контакту двох напівпровідників з різними типами домішкової провідності.

Границя контакту двох напівпровідників, один із яких має електронну, а інший діркову провідність, називається p-n-переходом.

Рис.7

На контакті двох напівпровідників з різними типами провідності відбувається перерозподіл зарядів: електрони з n-напівпровідника переходять у р-напівпровідник, дірки ж переміщаються в протилежному напрямку. У результаті цього виникає подвійний електричний шар (рис.7): в області АВ n-напівпровідника утвориться надлишковий позитивний заряд, а в області ВС на р-напівпрвіднику накопичується надлишковий негативний заряд. Подвійний електричний шар створює контактне електричне поле з напруженістю E_k і певною різницею потенціалів на його границях - _к. Це поле перешкоджає подальшому переходу носіїв струму: електронів ліворуч праворуч і дірок праворуч ліворуч. Рівновага наступає, коли рівні Фермі n- і p- напівпровідників зрівняються. Контактна різниця потенціалів, що представляє собою бар'єр для рухомих носіїв струму (рис.7), складає декілька десятих вольта. Електрони і дірки можуть перебороти такий бар'єр лише при температурі в кілька тисяч градусів, тому при звичайних температурах вони не можуть проникнути в область p-n-переходу.

Розглянемо тепер вплив зовнішнього електричного поля на властивості p-n-переходу. Для цього включимо контакт із p-n-переходом до зовнішнього джерела струму.

Рис.8

У випадку, зображеному на рис.8, зовнішнє поле Е_зовн джерела струму буде підсилювати поле Е_к контактного шару і приведе до зростання потенціального бар'єра для електронів і дірок, що переходять через контакт. Разом з тим зовнішнє поле викликає рух електронів у n-напівпровіднику і дірок у р-напівпровіднику в сторони, протилежні від контакту. Це приведе до збільшення товщини контакту, зменшенню концентрації в ньому носіїв струму і зростанню його опору. Напрямок зовнішнього поля, що приводить до зростання опору p-n-переходу, називається запираючим: у цьому напрямку через контакт двох напівпровідників електричний струм практично не проходить.

Рис.9

Якщо змінити полярність прикладеної зовнішньої напруги, то зовнішнє електричне поле буде спрямовано протилежно полю контактного шару. Число рухливих носіїв струму в області контакту буде зростати. Цьому сприяє зустрічний рух електронів і дірок, що переміщаються під дією зовнішнього поля з глибини провідників до границі p-n-переходу (рис.9). Товщина контактного шару і його опір при цьому зменшується. Отже, електричний струм може більш-менш вільно проходити через p-n-перехід у напрямку від p- до n-напівпровідника. Цей напрямок називається пропускним.

Рис.10

Таким чином, p-n-перехід має однобічну провідність. Напівпровідниковий пристрій, що містить один p-n-перехід, називається напівпровідниковим діодом.

p-n-перехід не можна здійснити просто механічним з'єднанням двох напівпровідників. Звичайно області різної провідності створюють або при вирощуванні кристалів, або при відповідній обробці кристалів. Наприклад, на кристал германія n-типу накладається індієва таблетка (рис.10а). Ця система нагрівається приблизно при 500 ⁰С в вакуумі або в атмосфері інертного газу. У цих умовах атоми індію дифундують на деяку глибину в германій. Потім розплав повільно охолоджують.

О

Рис.11

скільки германій, що містить індій, має діркову провідність, то на границі розплаву, що закристалізувався, і германію n-типу утвориться p-n-перехід (рис.10b).