C. Примесная проводимость

Чистый полупроводник имеет малую проводимость, так как коли­чество носителей зарядов в нем невелико. Для практических целей необходимы такие вещества, которые имели бы хорошую электро­проводность и какой-то определенный вид проводимости.

Чтобы получить полупроводник с n-проводимостью, к германию добавляется примесь какого-либо пятивалентного элемента, например сурьмы или мышьяка. Четыре валентных электрона примеси прочно связываются с валентными электронами атомов германия, а пятый электрон оказывается лишним и имеет слабые связи. Такие элек­троны легко становятся свободными и определяют n-проводимость. Примеси, создающие в материале. полупроводника избыток сво­бодных электронов, называются донорами.

Если в качестве примеси используется трехвалентный элемент — индий или галлий, то полупроводник приобретает свойства р-про­водимости. Три валентных электрона индия образуют прочные связи с тремя валентными электронами атома германия, четвертая же связь остается незаполненной. Недостаток одного электрона для связи можно рассматривать как появление дырки. Примеси, обусловли­вающие р-проводимость, называются акцепторами.

Проводимость полупроводникового вещества, полученная введе­нием примесей, называется примесной проводимостью.

Электроны вматериале с «-проводимостью и дырки в материале с р-проводимостью являются основными носителями зарядов, ко­торые и определяют тип проводимости.

Следует отметить, что в материале с n-проводимостью всегда имеется небольшое количество дырок, а в материале с р-проводи­мостью — небольшое число свободных электронов. Эти частицы назы­ваются неосновными носителями зарядов. Их наличие ухудшает ра­боту полупроводниковых приборов. Число неосновных носителей заряда с повышением температуры возрастает, поэтому значитель­ное повышение температуры приводит к резкому увеличению коли­чества неосновных носителей заряда, проводимость теряет свой опре­деленный — электронный или дырочный — характер и полупро­водниковый прибор перестает работать.

d. Образование и свойства р —«-перехода

Вкристалле германия, имеющем n-проводимость, создадим область с р-проводимостью. Как мы уже знаем, этого можно достичь путем вплавления или диффузии акцепторной примеси (рис. 19).

Рис. 19. Образо­вание р — пере­хода

Рис. 20. Схема включения р — n-перехода: а — в прямом направлении; б —в обратном на­правлении.

Электроны из области п под действием сил притяжения проник­нут в область р, а на их месте останется область с положительным зарядом. В свою очередь дырки переместятся из области р в область п, а на их месте возникнет область с избыточным отрицательным зарядом. Граница между этими областями называется р—n-перехо­дом или запорным слоем. Р— n-переход представляет собой очень уз­кую зону, толщина которой составляет десятые доли мкм.

Рассмотрим свойства р—n-перехода, для чего подключим его к источнику постоянного тока так, как показано на рис. 20, а. Под действием сил электрического поля электроны в n-области смещаются от отрицательного электрода к положительному, т. е. к за­порному слою. Одновременно дырки в р-области смещаются от поло­жительного электрода к отрицательному, т. е. также к запорному слою. Таким образом, толщина запорного слоя уменьшается, прово­димость его увеличивается и в цепи появляется ток.

Такое включение р—n-перехода называется прямым или про­пускным, а ток, текущий через переход, называется прямым током

Если изменить полярность источника, то электроны сместятся к положительному электроду, а дырки к отрицательному (рис. 20, б). Толщина запорного слоя и его сопротивление увеличатся и в цепи будет ток, сила которого в тысячи раз меньше прямого тока. Такое включение р—n-перехода называется обратным, а ток, текущий при этом, называется обратным током I _обр.

Обратный ток объясняется тем, что в кристалле с n-проводимостью имеется незначительное количество дырок, а в кристалле с р-проводимостью — небольшое число электронов. Эти неосновные носители зарядов и   создают небольшой ток.

Таким образом, р —n-переход обладает вентильными свойствами, т. е. он способен пропускать ток только при определенной поляр­ности включения. Следует иметь в виду, что на свойства р —n-пере­хода большое влияние оказывает температура. При повышении тем­пературы усиливается тепловое движение атомов и появляются сво­бодные электроны, что приводит к увеличению силы прямого и об­ратного тока.