Примесные полупроводники

Примесная проводимость полупроводников обуславливается наличием примесей.

n-тип

Введение в Si⁺⁴ примеси в виде As⁺⁵

p-тип

Введение в Si⁺⁴ примеси в виде B⁺³

При замещении атома кремния на мышьяк, один электрон не может образовать ковалентную связь. Он оказывается лишним и из-за тепловых колебаний может стать свободным. Образование свободного электрона не сопровождается нарушением ковалентной связи.

С точки зрения зонной проводимости введение примеси приводит к возникновению в запрещенной зоне кремния энергетического уровня валентных электронов мышьяка, называемого примесным уровнем. Он находиться на малом расстоянии от дна зоны проводимости, и уже при обычных температурах энергии теплового движения достаточно, чтобы электрон примесного уровня был переброшен в зону проводимости. Образующиеся при этом положительные заряды локализуются на атомах мышьяка и в проводимости не участвуют.

В полупроводниках с примесью, валентность которой на 1 больше валентности атомов, носителями тока являются электроны. Примесная проводимость n-типа. Примесь – донор.

Если ввести атом бора, то для образования связи с четырьмя соседями бору не хватает одного электрона, т.е. одна из связей остаётся неукомплектованной. Четвёртый электрон м.б. захвачен от соседнего атома основного вещества, где образуется дырка. Дырки перемещаются в решётке как свободные положительные заряды. Избыточный отрицательный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и не перемещается.

В запретной зоне возникает новый уровень на небольшом расстоянии от потолка валентной зоны (акцепторный уровень). Полупроводники с такой проводимостью – дырочные (p-тип).

При температурах, при которых примесные уровни полностью истощены, увеличение концентрации носителей происходит засчёт возбуждения собственных носителей. Т.е. при высоких температурах наблюдается собственная проводимость полупроводника.

lnγ