Донорний напівпровідник - студопедія
де g = 1 ... 2 - фактор (ступінь) спинового виродження для донорного напівпровідника.
У невиродженому Донорно полупроводнике при температурі абсолютного нуля рівень Фермі знаходиться посередині між дном зони провідності і рівнем донорної домішки. При підвищенні температури рівень Фермі прагне до середини забороненої зони.
Відповідно до положення рівня Фермі концентрація вільних електронів спочатку зростає в міру іонізації донорної домішки (при цьому концентрація вільних дірок нехтує мала).
Мал. 2.9. Зміна положення рівня Фермі (а) і концентрації електронів (б) з температурою для донорного напівпровідника.
На графіку область слабкою іонізації домішки позначена цифрою 1 на рис. 2.9, з підвищенням температури напівпровідника рівень Фермі перетинає рівень донорної домішки, при цьому половина донорної домішки буде іонізованна і концентрація електронів в зоні провідності перестає залежати від температури.
Ця область температур носить назву області виснаження домішки і на рис. 2.9 позначена цифрою 2.
Температура, при якій F = Ed носить назву температури виснаження Ts
При подальшому підвищенні температури збільшення концентрації електронів в зоні провідності буде здійснюватися за рахунок переходів електронів з валентної зони. На рис. 2.8 область 3 відповідає області власної провідності. В цьому випадку F = Ei і
В області температур між Ti і Ts (при температурах, близьких до кімнатної) можна легко розрахувати концентрацію неосновних носіїв заряду. Виходячи з рівності ni = np. , Тобто збільшення концентрації електронів в результаті іонізації донорів будетпріводіть до зменшення концентрації дірок
Аналогічні оцінки можна провести і для акцепторного напівпровідника
У невиродженому акцепторном полупроводнике при температурі абсолютного нуля рівень Фермі лежить посередині між стелею валентної зони і рівнем акцепторной домішки. При підвищенні температури рівень Фермі також прагне до середини забороненої зони. Відповідно до положення рівня Фермі концентрація вільних дірок спочатку зростає в міру іонізації домішки (при цьому концентрація вільних електронів дуже мала).
У акцепторном полупроводнике, як і в випадку донорної домішки, при підвищенні температури настає область виснаження, що характеризується повною іонізацією атомів акцепторної домішки. З подальшим зростанням температури рівень Фермі піднімається до середини забороненої зони і напівпровідник веде себе як власний.
На рис. 2.10 представлені залежності положення рівня Фермі від температури для Ge n-типу (а) p-типу (б).
