Примесная проводимость

В кристалле полупроводника можно создать искусственным путем такие условия, при которых число электронов не будет равно числу дырок и, следовательно, электропроводность его будет вызываться движением электрических зарядов преимущественно какого-либо одного знака: либо электронов, либо дырок. При этом проводимость полупроводника резко возрастает.

Получение “n” полупроводников.

“n” полупроводниками называются полупроводники с избытком электронов. Для их получения необходимо в кристалл кремния внедрить элементы пятой группы – мышьяк As или сурьму Sb.

Рассмотрим изменения в кристаллической решетке кремния при введении примесей мышьяка As.

		– основные носители;
		– неосновные носители;

Рис. 1.3 – Кристаллическая решетка кремния Si с введенными атомами мышьяка As

При введении в кристалл кремния мышьяка четыре валентные электрона мышьяка вступают в ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния, а пятый электрон оказывается незанятым и при малейшем воздействии световых, тепловых лучей отрывается от ядра, образуя свободный электрон е₂, а у атома мышьяка оказывается избыточный положительный заряд-ион u₂.

Возможны также разрывы ковалентных связей между основными атомами кремния, при этом образуются дополнительные электроны е₁, а на месте разрыва дырки d₁.

Примеси, вызывающие избыток электронов, называются донорными (донор - поставщик).

При приложении внешнего напряжения U_a к “n” полупроводнику он ведет себя как химически чистый полупроводник и практического применения также не имеет.

Получение “p” полупроводников.

Для получения “p” полупроводников с избытком дырок вводят примеси элементов третьей группы – индий In или галлий Ga. Рассмотрим изменения в кристаллической решетке кремния при введении примесей индия Jn.

		– неосновные носители;
		– неподвижные отрицательные ионы.
		nd=ne+nИ

Рис. 1.4 – Кристаллическая решетка кремния Si с введенными атомами индия Jn

В данном случае 3 валентных электрона индия вступают в ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния, а четвертая связь оказывается незаполненной и появляется дырка d₂. Под действием тепловой, световой и космической энергии возможны разрывы ковалентных связей между основными атомами кремния, при этом образуются дополнительные дырки d₁ и свободные электроны е₁. Электрон е₁ в силу хаотичного перемещения может заполнить дырку d₂, при этом у атома индия образуются отрицательные ионы U₂, т.к. вместо трех электронов будут вращаться четыре.

Дырки названы основными носителями. Электроны – неосновные носители, т.к. их мало и создают неподвижные отрицательные ионы. Число положительных и отрицательных зарядов равно.

Полупроводники с избытком дырок – “p” полупроводники, а примеси, вызывающие избыток дырок, называются акцепторными (акцептировать - захватывать). “p” полупроводники, как и “n” полупроводники и химически чистые полупроводники, при приложении внешнего напряжения ведут себя одинаково и в чистом виде практического применения не имеют.