Reklama

Примесные полупроводники

С помощью добавления в чистый полупроводник специально подобранных примесей можно искусственно приготовить такие полупроводники, которые обладают преимущественно электронной или дырочной проводимостью.

Добавим в чистый расплавленный германий около 10-5% примеси, состоящей из атомов какого-либо элемента V группы таблицы Менделеева, например, мышьяка. Тогда при затвердевании образуется обычная решетка германия, но в некоторых узлах вместо атомов германия будут находиться атомы мышьяка (рис. 21.3). Четыре валентных электрона атома мышьяка при этом образуют ковалентные связи с соседними атомами германия, а пятый электрон в этих условиях оказывается настолько слабо связанным с атомом мышьяка, что для его отрыва нужна очень маленькая энергия, значительно меньше той, которая необходима для ионизации атомов металла.

обычная решетка германия

Поэтому при обычной температуре все атомы мышьяка в полупроводнике оказываются ионизированными. Положительно заряженные атомы мышьяка связаны с решеткой (локализованы) и не могут перемещаться под действием сил внешнего электрического поля, а свободные электроны (по одному от каждого атома примеси) являются подвижными носителями зарядов.

Проводимость такого кристалла будет преимущественно электронной, и ее называют проводимостью n-типа (от «негатива» — отрицательный), а сам кристалл называют полупроводником n-типа. Примесь, создающую в полупроводнике свободные электроны, называют донорной (дающей) или примесью n-типа.

Если в чистый германий добавить атомы элементов III группы таблицы Менделеева, например, индия, у которых имеется по три валентных электрона, то этих электронов хватит для установления ковалентной связи с тремя соседними атомами германия. Для установления связи с четвертым атомом германия атом индия заимствует электрон у одного из своих соседей и превращается в отрицательный ион, а у одного из атомов германия возникает дырка, которая хаотически движется по кристаллу (рис. 21.4).

У кристалла германия с примесью атомов элементов III группы проводимость преимущественно дырочная. Ее называют проводимостью р-типа (от «позитива» — положительный). Примесь, создающую такую проводимость, называют акцепторной (принимающей) или примесью р-типа.

Заметим, что в примесных полупроводниках уже при обычных температурах происходит генерация пар электрон — дырка. Поэтому кроме основных носителей тока там имеются в небольшом количестве и носители тока противоположного знака (неосновные носители тока). При невысоких температурах неосновные носители тока существенной роли в электропроводности не играют. Однако при высоких температурах, когда происходит интенсивная генерация пар электрон — дырка, полупроводник приобретает смешанную проводимость. Таким образом, преимущественно дырочная или электронная проводимость у примесных полупроводников сохраняется лишь при температурах ниже той, при которой начинает играть существенную роль собственная проводимость полупроводника.

Reklama