Собственная и примесная проводимость.

Различают собственные и примесные полупроводники. К числу собственных относятся незапятнанные полупроводники (т.е полупроводники без примесей либо с концентрацией примеси так малой, что она не оказывает существенного воздействия на удельную проводимость полупроводника). Проводимость таких незапятнанных полупроводников именуется своей.

В примесных полупроводниках электронные характеристики определяются примесями, вводимыми искусственно в очень малых количествах Собственная и примесная проводимость.. К примеру, введение в кремний всего только 0,001% бора наращивает его проводимость при комнатной температуре приблизительно в 1000 раз.

Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, именуется примесной проводимостью.

На рисунке 2а показаны энерго зоны собственного полупроводника при T=0.

Валентная зона вполне заполнена электронами, зона проводимости на сто процентов свободна. Уровень Ферми Собственная и примесная проводимость. размещается по середине запрещённой зоны. При T=0 термическое движение отсутствует, а электронное поле не может перебросить электроны из валентной зоны в зону проводимости, потому собственные полупроводники ведут себя приT=0 как диэлектрики.

При температуре T>0, часть электронов с верхних уровней валентной зоны перебегает на нижние уровни проводимости за счёт энергии термического движения Собственная и примесная проводимость. (рис.2б). Если приложить наружное электронное поле, то электроны зоны проводимости будут передвигаться и создавать электронный ток. Электроны отчасти заполненной зоны проводимости являются отрицательными носителями заряда. Такая проводимость полупроводников именуется электрической.

а) б)

Рис.2. Энерго диаграммы собственного полупроводника

Энергия, которую нужно сказать полупроводнику, чтоб электроны могли преодолеть запрещённую зону, именуется энергией Собственная и примесная проводимость. активации. После удаления части электронов с верхних уровней валентной зоны в ней образуются свободные места, дырки, которые ведут себя во наружном поле как частички с положительным зарядом. Дырки являются положительными носителями заряда в полупроводниках. Во наружном электронном поле дырки движутся в сторону, обратную электронам. Такового рода проводимость именуется Собственная и примесная проводимость. дырочной. Таким макаром, у собственных полупроводников наблюдается двойственного рода проводимость: электрическая и дырочная.

Процесс образования электронно-дырочных пар именуется генерациейносителей.

Сразу происходит оборотный процесс, именуемый рекомбинацией, когда электрон ворачивается из зоны проводимости в валентную зону. При всем этом из проводимости кристалла исключаются два носителя зарядов: электрон и дырка.

В Собственная и примесная проводимость. своем полупроводнике при каждой температуре устанавливается равновесие меж процессами генерации и рекомбинации, при котором концентрации электронов и дырок схожи.

Примесная проводимость появляется, если некие атомы в узлах решётки полупроводников замещены атомами, валентность которых отличается на единицу от валентности главных атомов.

На рисунке 3 условно изображена решётка германия. Он имеет решётку Собственная и примесная проводимость. типа решётки алмаза, в какой каждый атом окружён 4-мя наиблежайшими соседями, связанными с ним валентными связями.

Рис.3. Плоская модель решетки германия

Представим, что часть атомов германия замещена атомами пятивалентного мышьяка (рис.4). Для установления связи с 4-мя наиблежайшими соседями атом мышьяка употребляет 4 валентных электрона (рис.4а). 5-ый электрон в Собственная и примесная проводимость. образовании связей не участвует. Он связан со своим атомом слабее. Энергия связи его составляет =0,015 эВ. При сообщении электрону таковой энергии он отрывается от атома и приобретает способность свободно передвигаться в решётке германия, превращаясь таким макаром в электрон проводимости. На языке зонной теории этот процесс можно представить последующим образом. Меж Собственная и примесная проводимость. заполненной валентной зоной и зоной проводимости незапятнанного германия размещается узенький энергетический уровень валентных электронов мышьяка (рис.5) конкретно у дна зоны проводимости, отстоя от него на расстоянии =0,015 эВ. Его именуют примесным уровнем. При сообщении электронам примесного уровня энергии =0,015 эВ они перебегают в зону проводимости. Образующиеся при всем этом положительные заряды Собственная и примесная проводимость. локализуются на недвижных атомах мышьяка, дырки при всем этом не образуются.

Примеси, являющиеся источниками электронов проводимости, именуются донорами, а уровни этих примесей – донорными уровнями.

Рис.4. Атом мышьяка в решетке германия а) замещение атома GeатомомAs б) отщепление лишнего» электрона от атома Рис.5. Энергетическая диаграмма германия, содержащего донорную примесь (As)

Представим сейчас, что в Собственная и примесная проводимость. решетке германия часть атомов замещена атомами трёхвалентного индия (рис.6а).

Для образования связей с 4-мя наиблежайшими соседями у атома индия не хватает 1-го электрона. Его можно «заимствовать» у атома германия.

Расчёт указывает, что для этого требуется энергозатрата порядка 0,015 эВ. Разорванная связь (дырка) рис.6б не остаётся Собственная и примесная проводимость. локализованной, а перемещается в решётке германия как свободный положительный заряд «+е». На рис.7 показаны энерго зоны германия, содержащего примесь индия. Конкретно у верхнего края заполненной валентной зоны на расстоянии =0,015 эВ размещаются незаполненные энерго уровни атомов индия. Близость этих уровней к заполненной валентной зоне приводит к тому, что уже при сравнимо низких температурах Собственная и примесная проводимость. электроны из валентной зоны перебегают на примесные уровни. Связываясь с атомами индия, они теряют способность передвигаться в решётке германия и в проводимости не участвуют (электроны захватываются примесью). Носителями тока являются только дырки, возникающие в валентной зоне.

Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны, именуются акцепторами, а энерго уровни Собственная и примесная проводимость. этих примесей – акцепторными уровнями.

Рис.6. Атом индия в решётке германия а) замещение атома GeатомомIn б) образование дырки Рис.7. Энергетическая диаграмма германия, содержащего акцепторную примесь (In)

Таким макаром, в отличие от своей проводимости, осуществляющейся сразу электронами и дырками, примесная проводимость обоснована в главном носителями 1-го знака: электронами в случае донорной Собственная и примесная проводимость. проводимости и дырками, в случае акцепторной. Эти носители именуются основными.

Не считая их полупроводник содержит неосновные носители заряда, обусловленные переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости; электрический полупроводник – дырки, дырочный полупроводник – электроны. Концентрация неосновных носителей, обычно, существенно ниже концентрации главных носителей.


sobranie-sochinenij-stranica-44.html
sobranie-sochinenij-stranica-54.html
sobranie-sochinenij-stranica-93.html