Домішкових провідність напівпровідників 1

Провідність напівпровідників, обумовлена ​​електронами, які перейшли в зону провідності з донорних рівнів, і дірками, що утворилися при переході електронів з валентної зони на акцепторні рівні

Примесной провідність напівпровідників називається провідність, обумовлена ​​електронами, які перейшли в зону провідності з донорних рівнів E d. розташованих поблизу E c. і дірками, які утворилися в валентної зоні при переході електронів на акцепторні рівні E a. розташовані поблизу E v (рис. 1а, 1б).

Домішковий напівпровідник n-типу

Домішковий напівпровідник p-типу

Зазвичай донорні і акцепторні рівні в забороненій зоні напівпровідника утворюються при легуванні, тобто введенням певної домішки в власний напівпровідник. Таким чином можна сказати, що домішкових провідність обумовлена ​​іонізацією атомів домішки в напівпровіднику.

У напівпровідниках IV групи таблиці Менделєєва (Ge. Si) донорні рівні поблизу E c утворюють елементи V групи (Sb. As), а акцепторні рівні поблизу E v - елементи III групи (In. Ga).

Величина примесной провідності:

s пр = e (m n n + m p p),

де n - концентрація електронів з донорів в зоні провідності;

p - концентрація дірок з акцепторів в валентної зоні;

m n; m p - рухливість електронів і дірок, відповідно.

Якщо домішкових провідність обумовлена ​​в основному електронами з донорних рівнів (m n n >> m p p), тобто електрони є основними носіями заряду, то говорять про електронну провідності напівпровідників, або напівпровідниках n-типу; якщо ж переважає провідність, обумовлена ​​дірками, що утворилися внаслідок відходу електронів на акцепторні рівні (m p p >> m n n), то говорять про доречний провідності, або напівпровідниках p-типу, де основними носіями заряду є дірки. Якщо в напівпровідниках n-типу (p-типу) глибина примесного рівня E d (або E a) в даній області температура Т менше, ніж kT (k - постійна Больцмана), то практично всі донори повністю іонізовані (або акцептори заповнені електронами) ( см. рис. 2а, 2б).

Домішковий напівпровідник n-типу

Домішковий напівпровідник p-типу

Якщо в цій області температура і власна провідність мала, тобто N d або N a >> n i = p i (N d - концентрація донорів, N a - концентрація акцепторів n i. P i - концентрації власних носіїв), то концентрація основних носіїв заряду дорівнює приблизно концентрації донорної (або акцепторной) домішок:

n @ N d (в напівпровіднику n-типу);

n @ N a (в напівпровіднику p-типу);

У загальному випадку, тобто при неповній іонізації домішок і наявності власної провідності, концентрації носіїв заряду визначаються формулами:

n = 2 (2 p m n * kT / h 2) 3/2 exp (E f / kT);

p = 2 (2 p m p * kT / h 2) 3/2 exp (- E f D E / kT),

де m n *. m р * - ефективні маси електронів і дірок в напівпровідниках;

E f - глибина рівня Фермі, що залежить від параметрів домішкових рівнів.

Наприклад, при T = 300 K, в Ge (D E = 0,78 еВ) при N d = 10 21 м -3. n = 10 17 м -3.

Величина примесной провідності при цій температурі:

s пр = 5 Ч 10 1 Ом -1 м -1.

Час ініціації (log t o від -3 до 2);

Час існування (log t c від -3 до 15);

Час деградації (log t d від -3 до 2);

Час оптимального прояви (log t k від -1 до 1).

Технічні реалізації ефекту

Технічна реалізація ефекту

Технічна реалізація - термістор (терморезистор). У середовищі з температурою T знаходиться зразок домішкового напівпровідника, наприклад n - Ge з домішкою As. Вимірюючи залежність провідності зразка від температури, переконуємося, що при охолодженні провідності зменшується. Якщо побудувати цю залежність в логарифмічних координатах, то видно, що вона прагне до нуля при абсолютному нулі температури.

Використовують явище примесной провідності термістори використовуються як датчики температури. Принцип дії такого заснований на зміні величини струму в ланцюзі датчика при зміні температури. Струм датчика змінюється через зміну примесной провідності напівпровідника. Наприклад, термістори з n - Ge з донорной домішкою As застосовуються при вимірюванні температури рідкого гелію.

Крім того, p-n перехід, що є основою будь-яких напівпровідникових електронних елементів, є наслідком контакту двох напівпровідників з домішковими проводимостями.

1. Фізичний енциклопедичний словник М. тисячі дев'ятсот вісімдесят дві.

2. Зі С. Фізика напівпровідникових пріборов.- М. Світ, 1984.

  • напівпровідник
  • електрон
  • дірка
  • домішки
  • донори
  • акцептори
  • концентрація домішки
  • глибина рівня

Розділи природничих наук: