Примесная электропроводность

Вполупроводниках с примесями других веществ собственной электропроводности в полупроводниках добавляется примесная электропро­водность, которая зависит от рода примесей и может быть электрон­ной или дырочной. Процесс внесения примесей в полупроводник с целью изменения его электропроводимости называется легированием.

Например.

Четырехвалентный германий легирован пятивалентным мышьяком As (или сурьмой Sb, или фосфором Р). Их атомы взаимодействуют с атомами Ge четырьмя электронами, а пятый они отдают в зону проводимости. В этом случае приобретает электронною электропроводимость.

Примеcи, атомы которых отдают электрону, называют донорами. Атомы доноров, отдавая электроны, становятся положительными. Полупроводники преобладанием электронной электропроводимости называются электронными полупроводниками или полупроводниками n-типа.

Если четырехвалентный Ge легирован трехвалентным бором В или индием In, или алюминием А1, то их атомы отнимают электроны от атомов германия и в последних образуются дырки. Вещества, отбирающие электроны и создающие примесную дырочную электропроводность, называют акцепторами (принимающими). Полупроводники с преобладанием дырочной электропроводности называют дырочными полупроводниками или полупроводниками p-типа.

В полупроводниковых приборах используются главным образом полупроводники, содержащие донорные или акцепторные примеси и называемые примесными. При обычных рабочих температурах в таких полупроводниках все атомы примеси участвуют в создании примесной электропроводности, т.е. каждый атом примеси либо отдает, либо захватывает один электрон.

Чтобы примесная электропроводность преобладала над собственной, концентрация атомов донорной (Ng) примеси или акцепторной (Na) должна превышать концентрацию собственных носителей заряда т или pi Ng или Na>> n_i или p_i.

Носители заряда. концентрация которых в данном полупроводнике преобладает, называется основными. Не основными называются носители заряда, концентрация которых меньше концентрации основных носителей.

Туннельный эффект

Для преодоления потенциального барьера валентные электроны должны получить энергию из вне. Из курса физики известно, что электроны могут "просочиться" через узкий потенциальный барьер даже когда их энергия меньше высоты потенциального барьера. "Просачивание" или туннелирование электрона объясняется его волно­выми свойствами. А эффект прохождения электрона сквозь узкий по­тенциальный барьер называется туннельным эффектом.

Для получения туннельного эффекта необходимо, чтобы содержание примесей в электронной и дырочной областях было значительно выше, чем в обычных примесных полупроводниках. В тоже время площадь пере­хода должна быть очень малой. Это приводит к появлению в зонеp-n перехода очень сильного электрического поля. При подключении к p-n пе­реходу напряжений в прямом направлении поле p-n перехода ослабляется, но остается еще достаточно ощутимым. (Ветвь с отриц. провод.) При дальнейшем увеличении прямого напряжения туннельный эффект исчезает и ветвь прямого тока снова становиться восходящей.

Полупроводниковые приборы, использующие свойства туннельного эффекта – туннельные диоды. Могут работать в усилителях, переклю­чателях, генераторах, умножителях частоты.