Примесные полупроводники

Большинство полупроводниковых приборов изготовляют на осно­ве примесных полупроводников.

Кристаллы полупроводников неизбежно в реальных условиях обладают определенным количеством посторонней примеси, даже если требуется получить материал очень высокой степени чистоты.

Примеси также специально вводятся во время роста кристаллов с целью получить полупроводник с заданными электрическими свойствами, при изготовлении приборных структур. Такие полупроводники называются легированными или примесными.

Примеси могут быть донорного и акцепторного типа.

ДОНОР - это примесный атом или дефект кристаллической решетки, способный в возбужденном состоянии отдать электрон в зону проводимости.

АКЦЕПТОР - это примесный атом или дефект кристаллической решетки, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны в возбужденном состоянии.

Рис.3.3. Донорная 5-и валентная (As, Sb) и акцепторная 3-х валентная (In, B) примеси

При небольшой концентрации примесей (~1 на 10 ⁶ ) их атомы расположены в полупроводнике на таких больших расстояниях друг от друга, что не взаимодействуют между собой.

Вероятность непосредст­венного перехода электронов от одного примесного атома к дру­гому ничтожно мала, т. е. с точки зрения зонной теории не происходит расщепления примесных уровней.

Атомы примеси, отличаясь от атомов основного кристалла валентностью, создают уровни разрешенных энергий электронов в запрещенной зоне, которые либо могут поставлять электроны в зону проводимости, либо принимать на себя электроны из валентной зоны

Рис.3.4 Зонные диаграммы примесных полупроводников

Доноры и акцепторы имеют энергетические уровни в запрещенной зоне собственного п/п.

Энергиия ионизации донора минимальная энер­гия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на донорном уровне, чтобы перевести его в зону проводимости.

Энергия ионизации акцептора — это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтобы перевести его на акцепторный уровень.

Энергия ионизации примесных атомов значительно меньше энергии ионизации собственных атомов полупроводника или ши­рины запрещенной зоны. Поэтому в примесных полупроводниках при низких температурах преобладают носители заряда, возник­шие из-за ионизации примесей.

Если электропроводность полу­проводника обусловлена электронами, его называют полупро­водником n-типа, если электропроводность обусловлена дыр­ками — полупроводником р-типа.