Образовака🌡️ Физика10 классОсновы электродинамики

Примесная проводимость полупроводников

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 91.

Полупроводники – это вещества, имеющие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Особенностью полупроводников является возможность управления проводимостью, которая бывает собственная и примесная. Кратко познакомимся с определением примесной проводимости полупроводников.

Механизм проводимости полупроводника

В кристалле полупроводника каждый атом связан с четырьмя соседними атомами двухэлектронными ковалентными связями. При повышении температуры, в соответствии с формулами термодинамики, некоторые электроны в связях получают такую высокую энергию, что могут покинуть связь, и переместиться в пространство между другими атомами, становясь свободными. Такую проводимость называют электронной.

В связи, которую покинул этот электрон, оказывается «вакантное» место. Такая связь называется дыркой. Поскольку при приближении к атому электрон может продолжить движение по любой из четырех связей – дырка может быть занята другим электроном, при этом дырка образуется в другой связи – переместится в противоположном направлении. Получается, что дырка также может двигаться, перенося заряд. Такую проводимость называют дырочной.

Рис. 1. Электронная и дырочная проводимость полупроводника.

Примесная проводимость

Рассмотренные виды проводимости – это виды собственной проводимости полупроводника. Такая проводимость невелика, поскольку при повышении температуры происходят нарушения связей в кристалле, которые могут необратимо разрушить весь кристалл. Как правило, это происходит на температурах порядка 370-400K.

Для увеличения проводимости полупроводника можно поступить иначе – создать кристаллическую решетку, в которой будут сразу иметься готовые носители.

Для создания кристаллической решетки с большим числом носителей при выращивании кристалла полупроводника в него добавляют специальные вещества-примеси. Поэтому такая проводимость называется примесной.

Кристаллическую решетку с примесной проводимостью можно создать двумя способами.

Донорная проводимость

В четырехвалентном кремнии все электроны участвуют в создании ковалентных связей кристалла. Если некоторые атомы в кристалле будут пятивалентны, один электрон этих атомов не будет участвовать в связях. В результате он будет гораздо слабее связан со своим атомом, его подвижность будет выше даже без повышения температуры.

Примесная проводимость полупроводника, в которой пятивалентные атомы являются источником свободных электронов, называется донорной.

В качестве донорной примеси чаще всего используются пятивалентные либо мышьяк, либо сурьма.

Полупроводники, имеющие донорную примесную проводимость, называются полупроводниками n-типа.

Рис. 2. Донорная примесь полупроводника.

Акцепторная проводимость

Другой вариант примесной проводимости – добавление в кристалл трехвалентных атомов. В этом случае, одна из связей трехвалентного атома будет одноэлектронной. Образуется дырка, которая может заполняться электронами соседних атомов.

Примесная проводимость полупроводника, в которой трехвалентные атомы образуют дырки в кристалле, называется акцепторной.

В качестве акцепторной примеси чаще всего используются трехвалентные индий или галлий.

Полупроводники, имеющие акцепторную примесную проводимость, называются полупроводниками p-типа.

Рис. 3. Акцепторная примесь полупроводника.

Нередко в полупроводник добавляют примеси обоих типов. Общий тип проводимости такого кристалла определяется примесью, концентрация которой выше.

Что мы узнали?

Проводимость полупроводника определяется количеством свободных электронов и дырок (свободных мест). Для повышения проводимости используются примеси. Примесь пятивалентных атомов увеличивает концентрацию свободных электронов и называется донорной (n-типа). Примесь трехвалентных атомов увеличивает концентрацию дырок, и называется акцепторной (p-типа).