1. Домішкові напівпровідники.

Домішковим напівпровідникам називаються напівпровідники, що містять домішки, валентність яких відрізняється від валентності основних атомів. Вони підрозділяються на електронні та діркових.

Электронний напівпровідник

Електронним напівпровідником або напівпровідником типу n (від латинського negative - негативний) називається напівпровідник, у кристалічній решітці якого (рис.б)) окрім основних (чотиривалентних) атомів присутні домішкові п’ятивалентні атоми, які називабться донорами. У такій кристалічній решітці чотири валентних електрона домішкового атома зайняті в ковалентних зв'язках, а п'ятий ("зайвий") електрон не може вступити в нормальну ковалентні зв'язки і легко відділяється від домішкового атома, стаючи вільним носієм заряду. При цьому домішкових атом перетворюється в позитивний іон. При кімнатній температурі практично всі домішкові атоми виявляються іонізованим. Поряд з іонізацією домішкових атомів в електронному напівпровіднику відбувається теплова генерація, у результаті якої утворюються вільні електрони та дірки, однак концентрація виникаючих у результаті генерації електронів і дірок значно менше концентрації вільних електронів, що утворюються при іонізації домішкових атомів, тому що енергія, необхідна для розриву ковалентних зв'язків, істотно більше енергії, що витрачається на іонізацію домішкових атомів. Концентрація електронів в електронному напівпровіднику позначається n_n, а концентрація дірок - p_n. Електрони в цьому випадку є основними носіями заряду, а дірки - неосновними.

Дірковий напівпровідник

Дірковим напівпровідником або напівпровідником типу p (від латинського positive - позитивний) називається напівпровідник, у кристалічній решітці якого (рис.в)) присутні домішкові тривалентні атоми, які називабться акцепторами. У такій кристалічній решітці один з ковалентних зв'язків залишається незаповненим. Вільний зв'язок домішкового атома може заповнити електрон, що покинув однин з сусідніх зв'язків. При цьому домішковий атом перетворюється в негативний іон, а на тому місці, звідки пішов електрон, виникає дірка. У дірковому напівпровіднику, також як і в електронному, відбувається теплова генерація носіїв заряду, але їхня концентрація в багато разів менше концентрації дірок, що утворюються в результаті іонізації акцепторів. Концентрація дірок у дірковому напівпровіднику позначається p_p, вони є основними носіями заряду, а концентрація електронів позначається n_p, вони є неосновними носіями заряду

2. Енергетичні діаграми напівпровідників.

Згідно з уявленнями квантової фізики електрони в атомі можуть приймати строго визначені значення енергії або, як кажуть, займати певні енергетичні рівні. При цьому, в одному і тому ж енергетичному стані не можуть перебувати одночасно два електрони. Тверде тіло, яким є напівпровідниковий кристал, складається з безлічі атомів, сильно взаємодіючих один з одним, завдяки малим міжатомних відстаней. Тому замість сукупності дозволених дискретних енергетичних рівнів, властивих окремому атому, тверде тіло характеризується сукупністю дозволених енергетичних зон, що складаються з великого числа близько розташованих енергетичних рівнів, які називаються зонами. Фіксовані енергетичні зони розділені інтервалами енергій, якими електрони не можуть володіти і які називаються забороненими зонами. Верхня із заповнених електронами дозволених зон називається валентної зоною, а наступна за нею незаповнена зона називається зоною провідності. У напівпровідників валентна зона і зона провідності розділені забороненою зоною. При нагріванні напівпровідника, електронами поглинається додаткова енергія і вони переходять з енергетичних рівнів валентної зони на більш високі енергетичні рівні зони провідності. У провідниках для здійснення таких переходів необхідно незначна енергія, тому провідники характеризуються високою концентрацією вільних електронів (порядку 10²² см^-3). У напівпровідниках для того, щоб електрони змогли перейти з валентної зони в зону провідності, ними повинна бути поглинута енергія не менше ширини забороненої зони. Це і є енергія, яка необхідна для розриву ковалентних зв'язків.

На рис. а), б), в) представлені енергетичні діаграми власного, електронного та діркового напівпровідників, на яких через E_C позначена нижня межа зони провідності, а через E_V - верхня межа валентної зони. Ширина забороненої зони Eз = E_C-E_V. Для кремнію вона дорівнює 1,1 еВ, в германію - 0,7 еВ.

З точки зору зонної теорії під генерацією вільних носіїв заряду слід розуміти перехід електронів з валентної зони в зону провідності (мал.а)). У результаті таких переходів у валентній зоні з'являються вільні енергетичні рівні, відсутність електронів на яких слід трактувати як наявність на них фіктивних зарядів - дірок. Перехід електронів із зони провідності у валентну зону слід трактувати як рекомбінацію рухомих носіїв заряду. Чим ширше заборонена зона, тим менше електронів здатні подолати її. Цим пояснюється більш висока концентрація електронів і дірок в германії в порівнянні з кремнієм. В електронному напівпровіднику (рис.б)) за рахунок наявності п’ятивалентних домішок у межах забороненої зони поблизу дна зони провідності з'являються дозволені рівні енергії E_D. Оскільки один домішковий атом припадає приблизно на 10⁶ атомів основної речовини, то домішкові атоми практично не взаємодіють один з одним. Тому домішкові рівні не утворюють енергетичну зону і їх зображують як один локальний енергетичний рівень Е_D, на якому перебувають "зайві" електрони домішкових атомів, не зайняті у ковалентних зв'язках. енергетичний інтервал Eі = E_С-E_D називається енергією іонізації. Величина цієї енергії для різних п’ятивалентних домішок лежить у межах від 0,01 до 0,05 еВ, тому "зайві" електрони легко переходять у зону провідності.

У дирковому напівпровіднику введення тривалентних домішок веде до появи дозволених рівнів Е_A (pис. в)), які заповнюються електронами, що переходять на нього з валентної зони, в результаті чого утворюються дірки. Перехід електронів з валентної зони в зону провідності вимагає більших витрат енергії, ніж перехід на рівні акцепторів, тому концентрація електронів n_p виявляється менше концентрації n_i, а концентрацію диpок p_p можна вважати приблизно рівною концентрації акцепторів N_A.

№3. Л	Тема: P-n як основа напівпровідникових пристроїв.
	Механізм утворення p-n переходу.
	P-n перехід в зовнішньому електричному полі.