СОБСТВЕННАЯ И ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ,

К полупроводникам относят кристаллы, образованные химическими элементами из IV, V и VI групп периодической системы Менделеева, т.е. Si, Ge, As и др. Кроме того, к полупроводникам относятся кристаллы, образованные различными химическими соединениями, например, оксиды, сульфиды, сплавы элементов различных групп.

Под собственной проводимостью понимают проводимость химически чистых полупроводников, таких как германий или кремний, а также некоторых химических соединений.

Как уже обсуждалось, у полупроводников ширина запрещенной зоны не очень велика и, поэтому при реальных температурах часть электронов с верхних уровней валентной зоны может быть переброшена на нижние уровни зоны проводимости (рис.201).

При этом в валентной зоне появляются вакантные энергетические состояния, которые получили название дырок. Если полупроводник поместить в электрическое поле, то электроны двигаются против поля в обоих зонах, но в валентной зоне они могут переходить только в свободные энергетические состояния, что равноценно движению дырок.

Поэтому говорят, что собственная проводимость полупроводников электронно-дырочная. Концентрация электронов равна концентрации дырок и зависит от внешних воздействий: температуры, облучения, напряженности электрического поля.

Удельная собственная проводимость полупроводников поэтому зависит от температуры: , где - величина запрещенной зоны, Т – температура по шкале Кельвина, - постоянная, характерная для данного полупроводника.

Если представить данную зависимость графически, как логарифм удельной проводимости от величины обратной температуры (рис..202), то получится прямая, по наклону которой можно определить величину запрещенной зоны

РИС.201 РИС.202 РИС.203 РИС.204

При введении в полупроводник примесей его проводимость существенно изменяется. Например, при введении в кремний 0,001% атомов бора проводимость увеличивается в 1000 раз.

Различают донорную и акцепторную примеси. Эти названия возникли на основании следующих классических представлений о проводимости полупроводников.

Германий и кремний имеют кристаллическую решетку, в которой каждый атом связан ковалентными (парно-электронными) связями с четырьмя ближайшими. При замещении атома германия пятивалентным атомом мышьяка один из его электронов не может образовать ковалентной связи и становится свободным, а атом примеси становится положительным ионом, который не перемещается по кристаллу, т.е. дырка не возникает (рис.203).

Такая примесь называется донорной, а проводимость электронной или n-типа (negative), поскольку концентрация электронов больше чем дырок. Электроны называют основными носителями, а дырки – не основными.

С точки зрения зонной теории введение примеси искажает поле кристаллической решетки, что приводит к образованию в запрещенной зоне энергетического уровня D (донорного) валентных электронов мышьяка, называемого также примесным уровнем. В случае германия с примесью мышьяка этот уровень располагается на расстоянии эВ от дна зоны проводимости. и электроны примесного уровня легко переходят в зону проводимости при реальных температурах.

При введении в решетку кремния трехвалентного атома бора одна из связей не укомплектована, и четвертый электрон может быть захвачен от соседнего атома, где соответственно образуется дырка (рис.204).

Такая примесь называется акцепторной, а проводимость дырочной или p-типа (positive), поскольку концентрация дырок больше. Соответственно дырки – основные носители, а электроны – не основные.

Согласно зонной теории, при этом возникает в запрещенной зоне примесный энергетический уровень А (акцепторный), не занятый электронами. В случае кремния с примесью бора этот уровень располагается выше верхнего уровня валентной зоны на

эВ. Соответственно, при достаточно низких температурах на этот уровень переходят электроны из валентной зоны, а в ней образуются дырки, движением которых обусловлена проводимость.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: