1.4 Примесный полупроводник p – типа

Полупроводники, у которых концентрация свободных уровней в ВЗ - дырок превышает концентрацию свободных электронов в ЗП, называются полупроводниками с дырочной электропроводностью или полупроводниками р-типа (positively). Полупроводники р-типа создаются путем внесения в пп акцепторной (accept- принимать), 3-х валентной примеси (B, Ga, Al).

Акцептор для образования валентных связей с четырьмя соседними атомами кремния захватывает недостающий электрон из валентной зоны путем разрыва валентной связи между атомами кремния. Для этого нужна малая энергия ионизации εi < 0,1 эВ. Акцептор ионизируется – превращается в отрицательный ион, а на месте захваченного электрона образуется дырка. Локальные уровни акцепторов располагаются на зонной диаграмме в ЗЗ у потолка ВЗ.

(1.19)

Подставим в (1.17) значение n из (1.12)

_F=_Е+_Tln(n_i/p)= _Е_Tln(p/n_i)  _Е _Tln(N_А*/n_i), (1.20)

Для n-типа pn, уровень Ферми _Fp смещен к валентной зоне.

1.5 Температурный диапазон работы примесных полупроводников.

Полупроводник подвержен нагреву как извне (температура окружающей среды), так и “изнутри” за счет превращения электрической энергии в тепловую – в рабочем состоянии пп прибор “горячее” окружающей среды.

График показывает зависимости концентраций от температуры примесного полупроводника n-типа с концентрацией примеси N_Д=10¹⁶см^³ для кремния и германия. При Т=0К в пп отсутствуют свободные электроны. При повышении температуры примерно до Т=60К тепловая энергия КТ превышает энергию ионизации примеси и практически все доноры ионизированы. Т=60К – нижняя граница примесного полупроводника.

Дальнейшее повышение температуры не изменяет концентрацию основных зарядов, а вызывает увеличение концентрации неосновных носителей заряда n_i=p_i, при Т=300К их концентрации составляют ni=10¹³см^-3 для германия и ni=10¹⁰см^-3для кремния. Верхняя граница для германия примерно Т=360К и для кремния 420К. При этих критических температурах примесный полупроводник вырождается в собственный. В этом смысле кремний имеет существенное преимущество перед германием. Для увеличения верхней границы рабочих температур необходимо увеличивать концентрацию примеси и использовать материалы с большей шириной ЗЗ.

1.6 Уравнение нейтральности полупроводников.

Наличие в пп зарядов разных знаков приводит к тому, что суммарный заряд некоторого объема пп равен нулю: Q=0. В общем виде уравнение нейтральности для плотности заряда записывается:

(1.21)