домішкова електропровідність

Домішкова електропровідність.

Електричні властивості напівпровідників залежать від змісту в них атомів домішок, а також від різних дефектів кристалічної решітки: порожніх вузлів решітки, атомів або іонів, що знаходяться між вузлами решітки, і т. Д. Домішки бувають акцепторні і донорні.

Акцепторні домішки. Атоми акцепторних домішок здатні приймати ззовні один або кілька електронів, перетворюючись в негативний іон.

Якщо, наприклад, в германій ввести тривалентний атом індію, то утворюється ковалентний зв'язок між индием і чотирма сусідніми атомами германію і виходить стійка восьміелектронная оболонка за рахунок додаткового електрона, відібраного у одного з атомів Ge.

Мал. 2.2. Структура (а) і зонна діаграма (б) напівпровідника з акцепторними домішками

Цей електрон, будучи «пов'язаним», перетворює атом індію в нерухомий негативний іон (рис. 2.2, а). На місці пішов електрона утворюється дірка, яка додається до власних діркам, породженим нагріванням (термогенерации). При цьому в напівпровіднику концентрація дірок перевищить концентрацію вільних електронів власної електропровідності. Отже, в напівпровіднику буде переважати діркова електропровідність. Такий напівпровідник називають напівпровідником р-типу.

При додатку до цього напівпровідника напруги переважатиме діркова складова струму. т. е..

Якщо концентрація домішок в напівпровіднику досить велика, то рівні акцепторной домішки розщеплюються, утворюючи зону, яка може злитися з валентною зоною. Такий напівпровідник називають виродженим. У виродженим напівпровіднику концентрація носіїв заряду власної електропровідності значно менше, ніж в невиродженому. Тому їх якісною особливістю є мала залежність характеристики напівпровідника від температури навколишнього середовища.

Мал. 2.3. Структура (а) і зонна діаграма (б) напівпровідника з донорними домішками

При цьому частка теплових носіїв заряду власної електропровідності в порівнянні з домішковими буде невелика.

Донорні домішки. Атоми донорних домішок мають валентні електрони, слабо пов'язані зі своїм ядром (рис. 2.3, а). Ці електрони, не беручи участь в міжатомних зв'язках, можуть легко перейти в зону провідності матеріалу, в який була введена домішка. При цьому в решітці залишається позитивно заряджений іон, а електрон додасться до вільних електронах власної електропровідності. Донорний рівень знаходиться в верхній частині забороненої зони (рис.). Перехід електрона з донорного рівня в зону провідності відбувається тоді, коли він отримує невелику додаткову енергію. У цьому випадку концентрація вільних електронів в напівпровіднику перевищує концентрацію дірок і напівпровідник має електронною електропровідністю. Такі напівпровідники називають напівпровідниками-типу. Якщо, наприклад, в германій ввести атом пятивалентной сурми, то чотири його валентних електрона вступлять в ковалентний зв'язок з чотирма електронами германію і виявляться в зв'язаному стані (рис. 2.3, а). Що залишився електрон сурми стає вільним. При цьому концентрація вільних електронів вище концентрації дірок, т. Е. Переважає електронна електропровідність. При збільшенні концентрації домішок рівні донорів розщеплюються, утворюючи, яка може злитися з зоною провідності. Напівпровідник стає виродженим.

Носії зарядів, концентрація яких переважає в напівпровіднику, називають основними, а носії зарядів, концентрація яких в напівпровіднику менше, ніж концентрація основних, - неосновними.

У домішковому полупроводнике при низьких температурах переважає примесная електропровідність. Однак у міру підвищення температури власна електропровідність безперервно зростає, в той час як примесная має межу, відповідний іонізації всіх атомів домішки. Тому при досить високих температурах електропровідність завжди власна.