2020-06-29
190
При наличии примесей электропроводимость полупроводников сильно изменяется. Например, добавка примесей фосфора в кристалл кремния в количестве 0,001 атомного процента уменьшает удельное сопротивление более чем 100000 раз.
Необходимым условием резкого уменьшения удельного сопротивления полупроводника при введении примесей является отличие валентности атомов примеси от валентности основных атомов кристалла.
Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два вида примеси: донорская и акцепторная. Соответственно проводимость полупроводников может быть электронной и дырочной.
1) Донорская примесь – это примесь элементов с пятью валентными электронами (мышьяк As, фосфор Р и т.д.). Четыре валентных электрона атома мышьяка включены в образование ковалентных связей с четырьмя соседними атомами германия. Пятый валентный электрон оказался излишним; он легко отрывается от атома мышьяка и становится свободным (рис.3). Атом, потерявший электрон, превращается в положительный ион, расположенный в узле кристаллической решетки.
|
|
|
Рисунок 3 – Полупроводник с электронной проводимостью
В кристалле германия с примесью мышьяка есть электроны и дырки, ответственные за собственную проводимость кристалла. Но основным типом носителей свободного заряда являются электроны, оторвавшиеся от атомов мышьяка. В таком кристалле количество электронов во много раз больше количества дырок nn >> np. Поэтому электроны являются основными носителями заряда, а дырки – неосновными.
Такая проводимость называется электронной, а полупроводник, обладающий электронной проводимостью, называется полупроводником n-типа.
2) Акцепторная примесь – это примесь элементов с тремя валентными электронами (индий In, бор В и т.д.). Индий с помощью своих валентных электронов образует ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами германия. На образование связи с четвертым атомом германия у атома индия нет электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов германия. В этом случае атом индия превращается в отрицательный ион, расположенный в узле кристаллической решетки, а в ковалентной связи соседних атомов образуется дырка.
Рисунок 4 – Полупроводник с дырочной проводимостью
Наличие акцепторной примеси резко снижает удельное сопротивление полупроводника за счет появления большого числа свободных дырок. Концентрация дырок в полупроводнике с акцепторной примесью значительно превышает концентрацию электронов, которые возникли из-за механизма собственной электропроводности полупроводника: np >> nn. Дырки являются основными носителями, а дырки неосновными
Проводимость такого типа называется дырочной проводимостью. Примесный полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа.
