Примесная проводимость полупроводников

Помимо полупрводников с собственной проводимостью, существуют полупроводники с примесной проводимостью, в которых часть атомов исходного вещества заменена атомами других элементов, уровни энергии которых расположены в запрещенной зоне.¹

Полупроводники с примесной проводимостью образуют очень большой класс полупроводниковых материалов. Зависимость проводимости от температуры, интенсивности и частоты проникающего излучения, а также от других физических факторов позволяет применить такие полупроводники в качестве преобразователей первичной информации. В этих полупроводниках энергия связи электронов составляет доли миллиэлектрон-вольта и значения проводимости при больших концентрациях примесей приближаются к значениям проводимости металлов. Нет нужды говорить, насколько все это важно для изучения «электричества человека», ибо в организме последнего имеются вещества с примесной проводимостью. Примесные атомы бывают двух видов : доноры и акцепторы. Доноры, внедряясь в кристаллическую решетку, отдают свой электрон в зону проводимости. Акцепторы, наоборот, могут захватить электрон из валентной зоны, образуя в ней дырку. Различие между полупроводниками с собственной и примесной проводимостью определяется лишь степенью влияния примесей на их электропроводимость. Если концентрация дырок в полупроводнике превышает концентрацию электронов собственной проводимости, то основной вклад в электропроводимость вносят электроны проводимости, так как их концентрация становится много больше концентрации дырок. Такой полупроводник называют электронным или полупроводником п-типа в отличие от полупроводника р-типа, или дырочного, у которого основными зарядоносителями являются дырки. Полупроводники с примесной проводимостью обладают иными зависимостями, чем химически чистые ; поэтому наличие примесей в полупроводниках значительно расширяет область их применения. Одна область содержит отрицательные ионы, закрепленные в узлах решетки, другая — положительные. Этот барьер называется потенциальным. В тончайших слоях у границы контакта полупроводников происходит резкий переход от отрицательно заряженных зарядоносителей к положительным. В целом полупроводник остается нейтральным — положительные и отрицательные заряды уравновешивают друг друга. Если бы не было контакта между частями полупроводника с разными примесями, заряды распределялись бы равномерно по всему кристаллу. Что же произойдет, если к такому кристаллу приложить к каждой стороне электород и подать напряжение? Зарядоносители получат дополнительные порции энергии и поведут себя по-разному. Свободные электроны будут стремиться к положительному полюсу источника питания. Преодолев потенциальный барьер, они начнут заполнять дырки в валентной зоне, которые перемещаются, в свою очередь, в направлении к отрицательному полюсу источника питания. В цепи появится ток. Если изменить полярность прилагаемого к электродам напряжения, то свойства полупроводников станут другими. Потенциальный барьер увеличится, и электрический ток в цепи при подобной подаче напряжения будет очень мал и постоянен, пока приложенное напряжение не достигнет пробивного значения. Полупроводник после достижения приложенным напряжением объединенный полупроводник может быть или проводником, или изолятором. Для переменного тока он становится выпрямителем. Подразделяются на донорные и акцепторные.