Равновесная концентрация зарядов в примесном полупроводнике

Полупроводник с донорной примесью. Обозначим концентрацию донорной примеси N_Д. Так как ее энергия ионизации ∆W_n очень невелика (∆W_n ~ 0,01 эВ, см. табл. 1.2), то при комнатной и даже более низкой температуре практически все примесные атомы оказываются ионизированными. Таким образом, концентрация электронов проводимости в полупроводнике с донорной примесью

п_п = N_я + п_i, (1.2)

т. е. она больше, чем в беспримесном полупроводнике. Обычно концентрация донорной примеси N_Д>>n_i и

п_п ~ N_Д . (1.3)

Поскольку скорость рекомбинации носителей заряда в полупроводнике пропорциональна концентрации электронов и дырок:

v_рек= n_np_n,

а скорость генерации при малых концентрациях примеси остается той же, что и в собственном полупроводнике:

v_ген = n

при динамическом равновесии, когда v_ген = v_рек,

n_i = n_nр_n.

Отсюда равновесная концентрация дырок в примесном полупроводнике

р_n =n²_i/n_n = n²_i/N_Д,, (1.4)

т. е. она значительно ниже, чем в беспримесном полупроводнике. Поэтому в данном случае дырки называют неосновными носителями заряда, а электроны, составляющие подавляющую массу подвижных носителей, – основными носителями заряда. Полупроводник с донорной примесью называют электронным полупроводником или полупроводником n–типа (от лат. negative – отрицательный).

Электроны в данном случае являются неосновными носителями заряда, а дырки – основными носителями заряда. Полупроводник с акцепторной примесью называют дырочным полупроводником или полупроводником р-типа (от латинского positive – положительный).