Решение ТОЭ онлайн
Техника высоких напряжений ТВН
Электротехника, основы электроники
Электрические измерения, электрические материалы

 
» » Электронно-дырочная проводимость полупроводников
на правах рекламы

Электронно-дырочная проводимость полупроводников

Электронно-дырочная проводимость полупроводников

Электронно-дырочная проводимость полупроводников и влияние примесей на их проводимость

Полупроводники – это большая группа веществ с электронной проводимостью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре изменяется в пределах от 10–6 до 10+8 Ом·м.

Электропроводность полупроводников в большой степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в теле собственного полупроводника.

Использующиеся в практике полупроводники могут быть подразделены на простые полупроводники (их основной состав образован атомами одного химического элемента) и сложные полупроводниковые композиции, основной состав которых образован атомами двух или большего числа химических элементов.

В зависимости от влияния примесей на проводимость различают собственные и примесные полупроводники.

Собственный полупроводник – полупроводник не содержащий примесей, влияющих на его электропроводность.

Для большинства полупроводниковых приборов используются примесные полупроводники. Примесями в простых полупроводниках служат чужеродные атомы.

Если примесные атомы находятся в узлах кристаллической решетки, то они называются примесями замещения, если в междоузлиях – примесями внедрения.

Обычно в качестве полупроводниковых материалов в электронике используют германий (Ge) и кремний (Si) — элементы четвертой группы периодической системы элементов. Они имеют кристаллическую структуру в виде объемно-центрированного тетраэдра, в котором каждый атом связан с четырьмя соседними атомами парноэлектронными (ковалентными) связями.

Плоские модели кристаллических решеток полупроводников: идеального, с донорной примесью, с акцепторной примесью

Рис. 1 Плоские модели кристаллических решеток полупроводников: идеального (а), с донорной примесью (б), с акцепторной примесью (в)

На рис. 1, а показана плоская модель кристаллической решетки идеального германия и кремния. Ковалентные связи изображаются двойными линиями, символизирующими два валентных электрона, вращающихся вокруг соответствующей пары атомов и образующих ковалентную связь.

Если в такую структуру ввести пятивалентную примесь, например мышьяк (As), то, внедрившись в узел кристаллической решетки (рис. 1, б), примесный атом становится донором. Четыре валентных электрона примеси образуют ковалентные связи с соседними атомами, а пятый, получив добавочную энергию, переходит с донорного уровня в зону проводимости и, таким образом, легко теряет связь со своим атомом, в результате чего может перемещаться под действием внешнего электрического поля. Примесный атом при этом становится положительным ионом.

Атом примеси имеет больше валентных электронов, чем атом кристаллической решетки. Полупроводник с такой примесью имеет концентрацию электронов большую, чем концентрация дырок, появившихся за счет перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, и его называют полупроводником n-типа, а примеси, поставляющие электроны в зону проводимости, – донорами.

Если в четырехвалентный собственный полупроводник ввести трехвалентную примесь, например индий (In), то примесный атом становится акцептором (рис. 1, в). Для образования ковалентной связи примесному атому не хватает одного электрона, т. е. имеется свободный акцепторный уровень, который может быть заполнен электроном валентной зоны, в которой после этого образуется дырка. В свою очередь эта новая дырка может быть заполнена следующим электроном и т. д. Таким образом, происходит как бы движение дырки в полупроводнике. Примесный атом при этом превращается в отрицательный ион.

Атом примеси имеет меньше валентных электронов, чем атом кристаллической решетки. Полупроводник с такой примесью имеет концентрацию дырок большую, чем концентрация электронов, перешедших из валентной зоны в зону проводимости, и его называют полупроводником p-типа, а примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, – акцепторами.


Теги: электронно-дырочная проводимость, полупроводник, донор, акцептор

Комментарии:

Оставить комментарий