Примесная проводимость полупроводников

Примесная проводимость полупроводников возникает, если некоторые атомы данного полупроводника заменить в узлах кристаллической решётки атомами, валентность которых отличается на единицу от валентности основных атомов.

Решётка германия с примесью

пятивалентных атомов фосфора.

Для образования ковалентных

связей атому фосфора достаточно

четырёх электронов. Пятый валентный

электрон легко отщипляется от атома

за счёт теплового движения, образуя

странствующий свободный электрон.

При этом этот электрон не образует дырки, т.к. избыточный положительный заряд .возникающий в окрестности атома примеси связан с этим атомом и перемещаться по решётке не может.

Таким образом, в полупроводнике с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных атомов, имеется только один вид носителей тока – электроны (полупроводник п-типа от слова negative). Атомы примеси, поставляющие электроны проводимости, называются донорами.

У трёхвалентного атома примеси

(бора) в решётке кремния недостаточно

электронов для образования связей со

всеми четыремя соседями. Поэтому одна

из связей оказывается местом, способным

захватить электрон. При переходе на это

место электрона из соседней пары

возникает дырка, которая будет кочевать

по кристаллу. Избыточный отрицательный заряд вблизи атома примеси не связан с данным атомом и не может стать носителем тока.

Полупроводники с дырочной проводимостью принадлежат к р-типу (от слова positive).

Примеси, вызывающие возникновение дырок, называются акцепторными (валентность примеси на единицу меньше валентности основных атомов).

Примеси искажают поле решётки, что приводит к возникновению на энергетической схеме примесных уровней, расположенных в запрещённой зоне кристалла.

Уровень Ферми в полупроводниках п-типа располагается в верхней половине запрещённой зоны, а в полупроводниках р-типа – в нижней половине запрещённой зоны. При повышении температуры уровень Ферми в полупроводниках обоих типов смещается к середине запрещённой зоны.

Существенное влияние на электрические свойства кристалла происходит если донорские уровни расположены недалеко от дна зоны проводимости или если акцепторные уровни расположены недалеко от потолка валентной зоны.

При повышении температуры концентрация примесных носителей тока быстро достигает насыщения и всё в большей степени начинает сказываться собственная проводимость.

При низких температурах преобладает примесная, а при высоких – собственная проводимость.

Лекция 20