Полупроводниковые материалы. Собственная и примесная электропроводности

К полупроводникам относятся материалы, которые при комнатной температуре имеют удельное электрическое со­противление от 10^-5 до 10¹⁰Ом·см. Наиболее часто используются кремний, арсенид галлия, селен, германий, теллур, разные оксиды, сульфиды, нитриды и карбиды.

В полупроводниках при некотором значении температуры, отличном от нуля, часть электронов будет иметь энергию, достаточную для перехода в зону проводимости. Эти электроны становятся свободными, а полупроводник — электропро­водным.

Уход электрона из валентной зоны приводит к образованию в ней незаполненного энергетического уровня. Вакантное энер­гетическое состояние носит название дырки. Валентные эле­ктроны соседних атомов в присутствии электрического поля могут переходить на эти свободные уровни, создавая дырки в другом месте. Такое перемещение электронов можно рас­сматривать как движение положительно заряженных фиктивных зарядов — дырок.

Электропроводность, обусловленную движением свободных электронов, называют электронной, а электропроводность, обусловленную движением дырок,— дырочной.

У абсолютно чистого и однородного полупроводника при температуре, отличной от 0 К, свободные электроны и дырки образуются попарно, т. е. число электронов равно числу дырок. Электропроводность такого полупроводника (собственного), обусловленная парными носителями теплового происхождения, называется собственной.

Примесная электропроводность. Электрические свойства по­лупроводников зависят от содержания в них атомов примесей, а также от различных дефектов кристаллической решетки: пустых узлов решетки, атомов или ионов, находящихся между узлами решетки, и т. д. Примеси бывают акцепторные и донорные.

Акцепторные примеси. Атомы акцепторных примесей способ­ны принимать извне один или несколько электронов, превраща­ясь в отрицательный ион.

Донорные примеси. Атомы донорных примесей имеют валентные электроны, слабо связанные со своим ядром (рис. 2.3, а). Эти электроны, не участвуя в межатомных связях, могут легко перейти в зону проводимости материала, в ко­торый была введена примесь.