Электрические свойства

П/п разделяются на собственные и примесные. Собственный не содержит примесей, влияющих на его электропроводность. В собственном полупроводнике переход электронов в зону проводимости осуществляется только из валентной зоны и носителями заряда в нем являются электроны в зоне проводимости, но не только они, так как оказаться в зоне проводимости электроны могут, только покинув валентную зону, в ней образуются свободные уровни и она оказывается не полностью занятой. Ну и в результате зоны проводимости появляются дополнительные электроны, а в валентной зоне дырки. В отсутствии внешнего электрического поля эти электроны и дырки совершают хаотическое движение (дырка – фиктивная частица с массой электрона и единичным положительным зарядом). При наложении разностей потенциалов появляется направленный дрейф. Электроны преимущественно двигаются против поля, а дырки по направлению поля. Направленный дрейф дырок происходит сложнее, чем электронов. Электрон находящийся рядом с дыркой перескакивает на это свободное место и образуется новая дырка в направлении прохождения тока. Следующий электрон опять занимает свободное место (дырку) и происходит перемещение дырок по направлению приложенного тока, но в действительности это обеспечивается своеобразным эстафетным движением электрона против поля. Электропроводность, обусловленная одновременным участием электронов и дырок, называется собственной или электронно-дырочной проводимостью. Для каждого п/п существует определенная температура наступления собственной проводимости. Эта температура тем выше, чем больше ширина запрещенной зоны. У полупроводников ширина запрещенной зоны колеблется от десяток долей до 3 электрон вольт. У п/пс небольшой шириной собственная проводимость наступает при комнатной температуре (Антимонид индия).

Примесные п/п

Практически более важна при производстве приборов примесные п/п. Реальные кристаллы всегда содержать чужеродные атомы и имеют не совершенство кристаллической решетки. Эти несовершенства в п/п действуют как примеси, поэтому практически нельзя получить абсолютно беспримесный п/п и поведение п/п до наступления собственной проводимости определяется исключительно природой и концентрацией примеси. Различают два вида примесных уровней: донорные и акцепторные. Первые располагаются в запрещенной зоне ниже дна зоны проводимости и способны отдавать электроны в зону проводимости. При этом доноры превращаются в положительные заряды (ионы) и не участвуют в электронной проводимости, такой п/п называется n типа п/п. Расстояние между дном проводимости и донорным уровнем составляет энергию активации доноров. Численная ее величина зависит от самого п/п и примесей, но всегда меньше энергия активации собственных носителей. Акцепторные уровни располагаются выше потолка валентной зоны и захватывают электроны от нее, оставляя свободные дырки. Этот захват сопровождается превращением акцепторов в отрицательные заряженные ионы, которые так же не принимают участие в электропроводности. Такой п/п называется p тип п/п с дырочной проводимостью. Разность энергии акцепторных уровней и энергией верхней границы валентной зоны представляет собой энергию активации акцепторов. Легирование электронного п/п с акцепторной примесью приводит к перераспределению подвижных носителей заряда между уровнями. Это называется компенсация примесей. Введением кп (комп. примесей) можно уменьшить концентрацию подвижных носителей тока и приблизить сопротивление примесного к собственному п/п. Явление компенсации примесей используется для уменьшения примесных носителей тока одного знака, до тех пор пока компенсации примесями образовывает мелкие уровни она рассматривается как отрицательное явление, так как является трудно управляемым. Компенсации донорных и акцепторных имеет то достоинство, что избыточная глубокая примесь не влияет на электропроводность и ее избыток не приводит к перекомпенсации как в случае с мелкой примесью, таким образом, получают … с удельным сопротивлением близким к собственному и называется этот проводник I типом. Это явление широко применяется в технологии кремния, спин диодами, фотодиодами и СВЧ и в германии для терморезисторов.

(рисунок блеать)

Особенно большое значение компенсации глубокими примесями, например хромом, имеет для арсенида галлия. Так как у него собственная компенсация мала, примерно 10⁸ и собственно удельное сопротивление ~10⁹Ом*см. Получить такой материал глубокой очисткой от примеси нельзя, а глубокий акцептор хром полностью компенсирует влияние мелких донорных примесей, благодаря чему может быть получен так называемый полуизолирующий арсенид галлия (iGaAs) с удельным сопротивлением до 10⁸ Ом*см. Это дает возможность изготавливать ии в теле изолирующей подложки, причем взаимная изоляция предметов не требуется. Таким образом п/п могут использоваться в 4 состояниях