Типы полупроводников

Различают собственные и примесные полупроводники. Собственный полупроводник (с собственной проводимостью) - полупроводник, в котором отсутствуют примеси. Имеет равное число электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. С увеличением температуры число пар электронов и дырок растет.

Примесные полупроводники такие, в которых часть атомов замещена атомами примеси. Атомы примеси имеют свои энергетические уровни. Различают примеси донорные и акцепторные.

Энергетические уровни донорной примеси располагаются в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. При небольшом тепловом возбуждении электроны переходят с примесного уровня в зону проводимости, что увеличивает электропроводность полупроводника (отрицательную, электронную).

Акцепторные примеси имеют уровни, располагающиеся в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. Электроны легко переходят из валентной зоны на акцепторный уровень, оставляя в валентной зоне дырки. Дырки увеличивают положительную электропроводность полупроводника.

Рис. 4. Схема энергетических уровней примесных полупроводников n (а) и р - типов (б): Е_с - дно зоны проводимости; Е_n - потолок валентной зоны; Е_D - донорные уровни; Е_A - акцепторные уровни.

Полупроводники с избыточной электронной проводимостью называются полупроводниками n-типа ("negative"). Полупроводники с избытком дырок называются полупроводниками p-типа ("positive"). На рис. 4 приведена схема энергетических уровней примесных полупроводников.

Положение уровня Ферми W_F зависит от вида примеси и ее концентрации. В случае донорной примеси электроны донорных атомов переходят в зону проводимости и уровень Ферми смещается вверх. Чем больше концентрация доноров, тем больше смещение W_F. При больших концентрациях донорной примеси уровень Ферми оказывается внутри зоны проводимости (как у металлов). Такой полупроводник называют вырожденным по электронам (n-типа).

В случае акцепторной примеси валентная зона обедняется электронами. Уровень Ферми смещается вниз. При больших концентрациях акцепторов уровень Ферми оказывается внутри валентной зоны. Такой полупроводник называют вырожденным по дыркам (p-типа).