Електропровідність домішкового напівпровідника

Порушення періодичності кристалічної решітки напівпровідникового матеріалу (вакансія, атом домішки) може спричинити появлення у забороненій зоні напівпровідника дозволених для електронів енергетичних рівнів. Якщо такі рівні зайняті електронами і розташуються біля вільної зони, то перехід електронів з цих рівнів в зону провідності буде спостерігатися при менших енергетичних збудженнях, ніж перехід зона - зона (рис. 5.1, 6). Концентрація вільних електронів у цьому випадку перевищує концентрацію дірок: n>>p. Напівпровідник має яскраво виражену електронну електропровідність: . Дефекти кристалічної решітки, здатні при збудженні віддати електрон у зону провідності, прийнято називати донорами. Вони зумовлюють електропровідність електронних напівпровідників.

Якщо вільні дозволені енергетичні рівні з'являються у забороненій зоні поблизу валентної зони, то ймовірність переходу валентного електрона на цей рівень буде значно перевищувати ймовірність переходу зона - зона (рис. 5.1, в), в результаті чого концентрація дірок у валентній зоні буде перевищувати концентрацію електронів у зоні провідності: p>>n. Напівпровідник буде мати діркову електропровідність:. Дефекти кристалічної гратки, здатні при збудженні захоплювати електрони з валентної зони, називаються акцепторами. Напівпровідникові матеріали, леговані акцепторними домішками, прийнято називати дірковими напівпровідниками.(повтор с.184)

Концентрація вільних носіїв заряду у домішкових напівпровідниках залежить від міри легування, природи домішок та температури навколишнього середовища.

При невисоких температурах, коли електропровідність зумовлюється іонізацією домішок:

де N_d, N_a - концентрація відповідно донорних та акцепторних домішок;

E_d, E_a - енергетичний рівень відповідних дефектів кристалічних решіток.

При середніх температурах домішки повністю іонізовані: n=N_d; p=N_a; при високих температурах електропровідність напівпровідника стає власною: n=n_i; p=p_i;

Питомий опір напівпровідників визначається механізмом розсіювання електронів. У домішкових напівпровідниках окрім фононного розсіювання необхідно враховувати розсіювання рухливих заряджених часток на іонізованих домішках. До причин розсіювання електронів, які по різному впливають на температурну залежність рухливості відносяться:

– теплові коливання атомів чи іонів кристалічної гратки;

– домішки в іонізованому чи нейтральному стані;

– дефекти гратки (порожні вузли, домішки проникнення, дислокації, тріщини тощо)

При низьких температурах, коли рухливість носіїв заряду визначає розсіювання на домішках, U_u~Т ^3/2, при підвищенні температури помітнішим стає розсіювання на теплових коливаннях вузлів кристалічної гратки – U_Ф~Т ^-3/2.