Примесные полупроводники

Полупроводники, у которых часть атомов основного вещества в узлах кристаллической решетки замещены атомами другого вещества, называются примесными. При этом к собственной электропроводности добавляется примесная электропроводность, которая в зависимости от вида примеси может быть электронной и дырочной.

Для германия и кремния чаще всего используют пятивалентные (фосфор – Р, сурьма - Sb, мышьяк - As) и трехвалентные (бор – В, индий – In) примеси.

Для того, чтобы примесная электропроводность преобладала над собственной, концентрация атомов примесей должна превышать концентрацию собственных носителей заряда.

Рассмотрим физическую сущность таких полупроводников.

а) Электронные полупроводники (полупроводники – n типа)

Если к чистому полупроводнику (например германия) добавить пятивалентные примеси (Sb, As, P), то их атомы будут взаимодействовать с атомами германия только четырьмя своими электронами, а пятый электрон попадет в зону проводимости.

Примеси, отдающие электроны, называют донорными, а сам полупроводник – полупроводником n – типа. Возникновение примесной электронной проводимости условно показано на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Полупроводник n-типа

б) Дырочные полупроводники (полупроводники – р типа)

При введении трехвалентной примеси, примесный атом отдает три валентных электрона для образования ковалентных связей с тремя ближайшими атомами. Связь же с четвертым атомом оказывается незаполненной, однако на нее сравнительно легко могут переходить валентные электроны с соседних связей. Это приводит к тому, что в одной из ковалентных связей каждого примесного атома отсутствует электрон, т.е. образуется дырка. При переброске валентного электрона на незаполненную связь, примесный атом с присоединенным лишним электроном образует в кристаллической решетке неподвижный отрицательный заряд. При этом дырка способна перемещаться по решетке.

Примеси, захватывающие электроны называют акцепторными, а полупроводник – полупроводником р – типа или дырочным полупроводником.

Возникновение примесной дырочной проводимости условно показано на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Полупроводник р-типа

Основными носителями зарядов в этом полупроводнике являются дырки - , неосновными – электроны (индекс p обозначает полупроводник p – типа). Причем .