3 Электрическая проводимость полупроводников при наличии примесей
Проводимость полупроводников сильно зависит от примесей. Собственная проводимость полупроводников обычно невелика, т.к. мало свободных зарядов. Если добавить примесь, то наряду с собственной проводимостью возникает дополнительная – примесная проводимость. Изменяя концентрацию примеси, можно значительно изменять число носителей заряда того или иного знака.
Донорные примеси
При наличии примесей, например атомов мышьяка, число свободных электронов возрастает во много раз.
Пусть в основной кристалл кремния добавлен атом мышьяка. Атомы мышьяка имеют пять валентных электронов. Четыре из них участвуют в создании ковалентной связи данного атома
с окружающими. Пятый валентный электрон оказывается слабо связанным с атомом. Он легко покидает атом мышьяка и становится свободным.
Примеси, легко отдающие электроны и, следовательно, увеличивающие число свободных электронов, называют донорными, а полупроводники – n – типа.
В таких полупроводниках электроны являются основными носителями заряда.
Акцепторные примеси
Если в качестве примеси использовать индий, атомы которого трех валентны, то характер проводимости полупроводника меняется. Теперь для образования нормальных парноэлектронных связей с соседями атому индия не достает электрона. В результате образуется дырка. Число дырок в кристалле равно числу атомов примеси. Такого рода примеси называют акцепторными.
При наличии электрического поля дырки перемещаются по полю, и возникает дырочная проводимость. Такие полупроводники называются p – типа. Основные носители – дырки.
4 Электрический ток через контакт полупроводников p- и n- типов
Контакт полупроводников двух типов называется p – n – переходом.
При соединении полупроводников разных типов проводимости происходит взаимная диффузия электронов и дырок. В пограничном слое электроны и дырки рекомбинируют. Это приводит к появлению нескомпенсированного положительного заряда ионов в n – области и отрицательных ионов – в p – области. Образуется двойной слой, который препятствует дальнейшей диффузии – запирающий слой (0,0001 мм).
Особенности запирающего слоя:
заряжен;
имеет собственное электрическое поле;
о
бладает
большим сопротивлением.
Закономерности протекания тока в p – n – переходе
Прямой ток
Внешнее электрическое поле перемещает
основные заряды к запирающему слою.
Запирающий слой сужается, его
сопротивление уменьшается, p-n – переход
начинает проводить ток.
О братный переход
Поменяем полярность на источнике тока.
Внешнее поле перемещает основные носители
заряда от границы полупроводников.
Запирающий слой расширяется, сопротивление
его возрастает, p-n – переход плохо проводит
ток.
Вольт-амперная характеристика
Из анализа ВАХ следует основное свойство
p-n-перехода – односторонняя проводимость.
При подаче прямого напряжения ток через переход возрастает по
экспоненциальному закону. Обратный ток, возникающий при
обратном напряжении, значительно меньше прямого и слабо зависит от
величины обратного напряжения. При подаче на вход переменного
напряжения через переход будет протекать в основном прямой ток.
Поэтому p-n-переход называют выпрямляющим переходом.
