Примесная дырочная (акцепторная) проводимость полупроводника

Если четырёхвалентный германий Ge содержит примесь трёхвалентного химического элемента, например, или бора В, или индия In, или алюминия Аl, то атомы трехвалентной примеси отнимают электроны у атомов германия и в атомах германия образуются дырки.

Атомы трехвалентного примесного химического элемента – акцептора, захватывая электроны у атома германия Ge, заряжаются отрицательно, т.е. превращаются в отрицательные ионы.

W

Зона проводимости

W_C

Уровни акцепторов

W_V

Отрицательный ион – атом индия

Валентная зона

Рис.5 Рис.6

Схематически рис.5 показывает, как атом акцепторной примеси индия In, расположенный среди атомов германия Ge, захватывает электрон от соседнего атома германия, в котором при этом создаётся дырка (она изображена маленьким светлым кружком).

Полупроводники с преобладанием дырочной электропроводности называют дырочными полупроводниками или полупроводниками р - типа ^[5].

Зонная диаграмма такого полупроводника показана на рис.6.

Энергетические уровни акцепторных атомов располагаются немного выше уровней валентной зоны. На эти уровни легко переходят электроны из валентной зоны, в которой при этом возникают дырки.

При изучении принципа работы полупроводниковых приборов, полупроводники p -типа изображают в виде прямоугольника с указанием типа проводимости – буквы p (рис.7,а).

Для высоколегированного примесного полупроводника рядом с буквой p, указывающей тип проводимости, добавляют знаки «плюс», например, p ⁺ или p ⁺⁺ (рис.7,б).

Структура примесного полупроводника p -типа кремния Si приведена на рис.8. Стрелками указано хаотичное движение электронов и дырок за счет тепла, т.е. при температуре Т > 0К.

Подвижные заряды в полупроводнике p -типа (рис.8) – это дырки (положительно заряженные) и электроны (отрицательно заряженные частицы).

Неподвижные заряды в полупроводнике p -типа (рис.8) – это отрицательные ионы (атомы акцепторной примеси).

Основные подвижные заряды в полупроводнике p -типа – это дырки, концентрация которых многократно больше концентрации других подвижных зарядов – свободных электронов (рис.8).

Неосновные подвижные заряды в полупроводнике p -типа – это электроны, концентрация которых многократно меньше концентрации дырок (рис.8).

Электрон Дырка

p

p

а)

P AAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI9BT8MwDIXvSPyHyEjcWMoYXSlNJ4TEAXFiTIKj15i2WuOsTbqW f493gpP95Ofnz8Vmdp060RBazwZuFwko4srblmsDu4+XmwxUiMgWO89k4IcCbMrLiwJz6yd+p9M2 1kpCOORooInxmGsdqoYchoU/Esvs2w8Oo8ih1nbAScJdp5dJkmqHLcuFBo/03FB12I7OwKsscz9+ rae3A0fs04dd/2mNub6anx5BRZrjnxnO+IIOpTDt/cg2qE50tkrFauAulXo2ZPdrUHtplqsEdFno /y+UvwAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA W0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAA AAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQD79YtW/wEAAKYDAAAOAAAAAAAAAAAA AAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAPVA7g3QAAAAoBAAAPAAAAAAAA AAAAAAAAAFkEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAYwUAAAAA " strokecolor="windowText" strokeweight="1pt"/>

p + p++

б)

Отрицательный ион Нейтральный атом Si

Рис.7 Рис.8

Несмотря на то, что в структуре полупроводника р -типа находятся отрицательные и положительные, подвижные и неподвижные заряды, сам полупроводник электрически нейтрален, т.е. заряда не имеет. Это объясняется тем, что алгебраическая сумма положительных и отрицательных зарядов равна нулю.