6. Примесные полупроводники, уровень Ферми.

Примесный - полупроводник, электрофизические свойства которого в основном определяются примесями.

Большинство полупроводниковых (п/п) приборов изготовляют на основе примесных полупроводников . Таким образом в рабочем диапазоне температур полупроводникового прибора поставщиками основного количества носителей заряда в полупроводниковом материале должны быть примеси. Поэтому в практике важное значение имеют п/п материалы, у которых ощутимая собственная концентрация носителей заряда появляется при возможно более высокой температуре, т.е. полупроводники с достаточно большой шириной запрещенной зоны.

В элементарных полупроводниках примесями являются чужеродные атомы.

В п/п соединениях примесями могут быть и избыточные атомы химических элементов, входящие в химическую формулу сложного п/п соединения.

Атомы примесей в полупроводниках создают дополнительные энергетические уровни в пределах запрещённой зоны полупроводника. При небольшой концентрации примесей их атомы расположены в полупроводнике на таких больших расстояниях друг от друга, что не взаимодействуют между собой. Поэтому нет расщепления примесных уровней и вероятность непосредственного перехода электронов от одного примесного атома к другому ничтожно мала, т.е. с точки зрения зонной теории ничтожно мала вероятность перехода электрона с одного дискретного примесного уровня на другой.

При достаточной концентрации примесей в результате взаимодействия примесных атомов между собой примесные уровни одного типа расщепляются в энергетическую примесную зону. Примеси могут либо поставлять электроны в зону проводимости полупроводника, либо принимать их с уровней его валентной зоны. Примеси могут быть донорного и акцепторного типа.

Под уровнем Ферми понимаем значение энергии ионизации атома отнесенной к одному электрону.

 

Все примесные уровни располагающиеся над уровнем Ферми  для собственного полупроводника относятся к проводнику   n-типа, ниже – относятся к Р – полупроводнику. Энергия соответствующая уровню Ферми принимается  равной нулю и отсчитывается вверх для электронов и вниз для дырок .

7. р - п переход. Энергетическая модель. Её объяснение.

Электронно-дырочный переход - основной элемент биполярных приборов, pn - переход создают в кристалле изменением типа его проводимости, путем введения акцепторной и донорной примеси. Когда образуется pn переход, между p и n областями происходит обмен электронами и дырками и энергией так, что между областями устанавливается равновесие, и характеризующий равновесное состояние уровень Ферми становится единым для всей системы.

Суммарное поле возникает в области контакта двух проводников.

Возрастание поля эквивалентно возрастанию высоты потенциального барьера.

Области, находящиеся на значительном удалении от места контакта p и n областей, не подвержены влиянию pn перехода.Таким образом, условия сохранения свойств отдельных материалов и единства уровня Ферми для всей системы приводят к появлению скачка в области pn перехода. Этот скачок соответствует возникновению потенциального барьера, который препятствует переходу основных носителей в потенциальную область (дырок из p в n область и электронов из n в p область).