Собственная и примесная проводимость полупроводников

По электрическим свойствам полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Различают собственные и примесные полупроводники. К собственнымполупроводникам относятся чистые элементы (Ge, Si). Рассмотрим кристалл германия Ge (рис.41). Каждый атом в кристаллической решетке кристалла Ge связан четырьмя двухэлектронными ковалентными связями с соседними атомами. При температуре Т=0 К диэлектрик не имеет свободных зарядов. При повышении температуры тепловые колебания решетки приводят к разрыву некоторых валентных связей, и электроны, покинувшие свое место, становятся свободными. Место, оставленное электроном, обладает избыточным положительным зарядом и называется дыркой. Под действием внешнего электрического поля наблюдается направленное движение электронов против поля, дырок – по полю. В кристалле появляется электрический ток. Такая проводимость называется собственной.

Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной. Рассмотрим кристалл германия Ge с небольшой добавкой мышьяка (As). Мышьяк – элемент Y группы, имеет пять валентных электронов. При внедрении в решетку Ge четыре электрона As образуют ковалентные связи с атомом Ge, а пятый электрон Аs становится слабо связанным и легко отщепляется при тепловых колебаниях решетки (рис 42). При наличии внешнего электрического поля наблюдается движение электронов, следовательно, появляется электрический ток. Образованный положительный заряд связан с атомом Аs и не способен перемещаться. Такие примеси называются донорными, проводимость – электронной, а полупроводник – n-типа.

Если в кристалл Ge (рис.43) ввести небольшое количество трехвалентного Al, то для образования ковалентных связей с германием алюминию не будет хватать одного электрона. Недостающий четвертый электрон может быть захвачен у соседнего атома Ge, у которого образуется дырка(+).Присоединив один электрон, атом Al становится отрицательно заряжен. При внесении во внешнее электрическое поле дырки способны перемещаться. Примеси, вызывающие появление дырок, называются акцепторными, проводимость – дырочной, полупроводники – р-типа.