Собственная и примесная проводимости полупроводника

Раздел 1. Электронные приборы.

Тема 1.1 Физические основы электронной техники.

Собственная и примесная проводимости полупроводника

Поскольку в чистых полупроводниках при температурах отличных от абсолютного нуля под влиянием тепловых фононов постоянно идут процессы генерации и рекомбинации носителей зарядов, то статистически можно считать, что с момента генерации до момента рекомбинации пройдет время, называемое временем жизни носителей заряда. для дырок и для электронов. За это время электрон и дырка пройдут в пространстве кристалла некоторое расстояние, называемое диффузной длиной и . Диффузионная длина и время жизни связаны между собой отношениями:

(1)

где и - коэффициенты и диффузии электронов и дырок. Диф­фузия электронов и дырок возникает в случае, если в какой-то области про­странства кристалла их концентрация превысит среднюю концентрацию этих

носителей заряда по всему кристаллу. Диффузное движение электронов и дырок называется током диффузии.

Если кристаллу полупроводника приложить разность потенциалов, то есть создать электрическое поле напряженностью Е, то хаотическое движение носителей заряда станет более упорядоченным. Электроны и дырки будут двигаться в различных направлениях :электроны к положительному электроду источника ЭДС, а дырки к отрицательному электроду, Движение под воздействием внешнего поля называется дрейфом

Таким образом при подключении чистого полупроводника к источни­ку ЭДС Е в нем могут наблюдаться ток дрейфа и ток диффузии, которые как слеует из (5) зависят от концентраций n электронов и p дырок, которые в чистых полупроводниках незначительны. Повысить количество носителей зарядов можно путем введения примесей. Примеси бывают акцепторные и донорные. Если в кристаллическую решетку кремния ввести валентные фосфор Р и мышьяк Sb, то пятый валентный электрон оказывается избыточ­ным и не охваченным ковалентными связями. Он легко переходит в меж­атомное пространство, атом примеси оказывается положительно заряженным ионом, но в целом электронейтральность кристалла не нарушается так как количество положительно заряженных ионов равно количеству свободных электронов. Такой примесный полупроводник имеет ярко выраженную элек­тронную проводимость и называется полупроводником n - типа. Если в кри­сталлическую решетку кремния вест валентные индий In, алюминий Аl или мышьяк As, то атомы примеси образуют устойчивую электронную оболочку за счет электрона, отобранного у соседнего атома кремния При этом в кристаллической решетке появляются отрицательно заряженный ион примеси и положительно заряженный ион кремния. Электронейтральность кристалла сохраняется, но примесный полупроводник приобретает ярко вы­раженную дырочную проводимость р - типа.

Преобладающий в примесном полупроводнике тип носителей заряда называется основным, а оставшиеся от генерируемых в чистом полупровод­нике носители заряда противоположного знака по отношению к основным называются неосновными носителями заряда.

Если концентрации акцепторных и донорных примесей превысят оп­ределенный порог, то разрешенные уровни энергий сильно расцепляются за­полняя собой всю запрещенную зону и полупроводник становится подобен металлу. В этом случае он называется вырожденным.