Поэтому электропроводность собственных полупроводников имеет слабо выраженный электронный характер.
Следует отметить, что в полупроводниках с достаточно широкой запрещенной зоной при нормальной температуре собственные носители зарядов либо отсутствуют, либо их концентрации очень малы и недостаточны для нормальной работы полупроводниковых приборов, используемых в технике. Поэтому наибольшее практическое применение получили примесные полупроводники, у которых в рабочем интервале температур электропроводность обеспечивается за счет электронов (дырок) примесных атомов.
Для применяемых в промышленности полупроводниковых материалов примеси в вещество вводят специально, чтобы получить нужный тип и величину проводимости.
Энергетические диаграммы примесных полупроводников представлены на рис.4.2.
Рисунок 4.2 - Энергетические диаграммы примесных
Полупроводников а- донорного, б- акцепторного
На рис.4.2 обозначено:
DЕд , DЕА- энергетическое положение электронов примесных атомов, которое часто называют глубиной залегания примеси или энергией активации примесной проводимости примесных носителей заряда.
Энергия связи внешних электронов примесных атомов за счет взаимодействия с матричными атомами значительно уменьшается. Поэтому атомы примеси способны легко отдавать электроны в свободную зону, либо захватывать электроны валентной зоны, достраивая тем самым свою наружную оболочку до устойчивого состояния. Отсюда произошли термины: донорный полупроводник, т.е. имеющий примесь, отдающую электрон в свободную зону; акцепторный полупроводник, т.е. имеющий примесь, захватывающую электрон из валентной зоны.
|
|
|
Поскольку DЕД, DЕА очень малы, порядка 0,01 - 0,2 эВ, то уже при нормальных температурах в зоне проводимости донорного полупроводника появляются свободные электроны, способные обеспечивать его электропроводность.
Примесные атомы, отдавшие электроны, становятся положительно заряженными ионами. При этом вакансии электронов (дырок) донорных атомов сильно связаны с атомными остатками и поэтому не влияют на электропроводность полупроводника.
В случае акцепторного полупроводника электроны валентной зоны захватываются атомами примеси, превращаясь в отрицательные ионы. Оставшиеся в валентной зоне дырки являются свободными и, обеспечивают электропроводность полупроводника, а захваченные атомами примеси электроны находятся в связанном состоянии и не влияют на электропроводность.
Из изложенного следует, что в донорном полупроводнике носителями заряда являются электроны, поэтому он называется электронным или n -типа, а в акцепторном полупроводнике носителями заряда являются дырки, и полупроводник называется дырочным или р-типа.
|
|
|
Сравнивая собственные и примесные полупроводники, следует подчеркнуть, что в последних электропроводность проявляется при более низких температурах, поскольку DЕД, DЕа << DEg и в рабочем диапазоне температур можно считать, что n = Nд, а р= NА, где NД, NА – концентрации введённых в полупроводник атомов примеси.
При достаточно высоких температурах наряду с примесными электронами (дырками) в полупроводнике появляются собственные носители обоих типов и суммарная концентрация свободных носителей возрастает. Однако в электронном полупроводнике концентрация электронов намного больше концентрации дырок, поэтому электроны называют основными, а дырки - неосновными носителями зарядов. В акцепторном полупроводнике основными носителями являются дырки, а неосновными - электроны.
В общем случае концентрация свободных носителей зарядов в примесных полупроводниках в рабочем диапазоне температур определяется соотношениями:
, (12)
, (13)
 |
Удельная проводимость примесного полупроводника будет определяться аналогично (11) соотношениями:
|
|
|
для донорного и акцепторного полупроводников соответственно.
Выражения (7), (8) и (12), (13) свидетельствуют о том, что концентрации носителей заряда в полупроводниках, а, следовательно, и удельная проводимость s, согласно (11), (14), (15) зависят от температуры Т (внешний фактор), ширины запрещённой зоны DEg, глубины залегания примеси DЕД, DЕА и эффективных масс электронов mn* и дырок mр* (параметры полупроводникового материала). Из этих выражений также следует, что температурная зависимость концентрации n (р) = f (Т) определяется в основном экспоненциальным членом. Поэтому, в координатах ln ( n ),(р) = f (1/Т) она будет в идее прямой линии, по тангенсу угла наклона которой можно определить энергетические параметры полупроводников, т.е. ширину запрещённой зоны DEg, которая является энергией активации собственной проводимости, и энергию активации примесной проводимости DЕд; DЕА. В этом и заключается термический метод определения энергетических параметров полупроводниковых материалов.
 |
В общем случае температурная зависимость концентрации носителей заряда примесного полупроводника имеет три характерных участка (рис.4.3 )
|
|
|
Рисунок 4.3 - Температурная зависимость концентрации
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 256; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!