Полупроводник типа n

Условно изобразим кристаллическую решетку германия с примесью 5-валентных атомов фосфора. Для образования ковалентных связей с соседями атому фосфора достаточно четырех электронов. Пятый, валентный электрон оказывается как бы лишним и легко отщепляется от атома за счет энергии теплового движения, образуя свободный электрон. У атома примеси не нарушаются ковалентные связи, и образовавшийся положительный заряд не сможет перемещаться по решетке. Таким образом, в полупроводнике с 5-валентной примесью имеется только один вид носителя тока — электроны. Соответственно говорят, что такой полупроводник обладает электронной проводимостью или является полупроводником n — типа.

Примеси приводят к возникновению на энергетической диаграмме так называемых, локальных донорных уровней, расположенных в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. При незначительном повышении температуры электроны донорных уровней получают дополнительную энергию для перехода в зону проводимости. При обычных температурах небольшое число электронов переходят из зоны валентности, образуя, такое же небольшое число не основных носителей тока — дырок в валентной зоне.

Полупроводник типа p

Условно изобразим кристаллическую решетку кремния с примесью 3-валентных атомов бора. Трех валентных электронов атома бора недостаточно для образования ковалентных связей со всеми четырьмя соседями. Одна из валентных связей окажется не укомплектованной, и будет представлять собой место, способное захватить электрон у одной из соседних пар. Возникает дырка, которая будет кочевать по кристаллу. У атома примеси возникает избыточный отрицательный заряд, но он связан с атомом, у которого все ковалентные связи укомлектованы, и не может, поэтому стать носителем тока. Возникают носители тока одного вида — дырки. Проводимость, в этом случае, называется дырочной, а полупроводник, говорят, что он принадлежит к p — типу.

Примесь вызывает возникновение пустых, незанятых, локальных — акцепторных уровней в запрещенной зоне у потолка валентной зоны. При незначительном повышении температуры, электроны из валентной зоны переходят на акцепторные уровни, образуя в валентной зоне дырки. При обычных температурах, небольшое количество электронов переходят в зону проводимости, образуя, не основные носители тока, но их концентрация мала.

p-n переход

Если два полупроводника типа p и n привести в контакт, то образовавшийся контактный слой обладает односторонней проводимостью, что позволяет создавать полупроводниковые диоды (обозначаемые на электрических схемах символом ). До контакта полупроводники типа p и n были электронейтральны (в p — число дырок равно числу отрицательных ионов примеси, в n — число электронов равно числу положительных ионов примеси). При контакте, вследствие теплового движения электроны из полупроводника типа — n будут диффундировать в полупроводник типа — p и там рекомбинировать с дырками. Дырки из полупроводника типа — p диффундируют в полупроводник типа — n и там рекомбинируют с электронами. В полупроводнике типа — p образуется избыточный отрицательный заряд ионов примеси. Они не могут перемещаться по кристаллу, а следовательно, создавать электрический ток. В полупроводнике типа — n образуется избыточный положительный заряд ионов примеси, также не являющиеся носителями тока. Возникает область, обедненная основными носителями тока и обладающая большим сопротивлением. Создается контактное поле , препятствующее дальнейшей диффузии электронов и дырок.

При подключении внешнего источника ЭДС, положительного полюса к полупроводнику типа — p и отрицательного к типу — n, внешнее поле направлено против контактного поля, что приводит к уменьшению контактной области и уменьшению сопротивления. Идет ток в прямом направлении.

При подключении внешнего источника ЭДС, положительного полюса к полупроводнику типа — n и отрицательного к типу — p, внешнее поле направлено в направлении контактного поля. Контактная область увеличивается, сопротивление увеличивается. Идет малый ток обратного направления.