Примесная электропроводность полупроводников.
Проводимость полупроводников сильно зависит от содержания примесей. Собственная проводимость у полупроводников обычно мала. У них наряду с собственной проводимостью при наличии примесей возникает дополнительная – примесная проводимость. Изменяя концентрацию примеси, можно изменять число носителей заряда того или иного знака. Благодаря этому можно создавать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно заряженных носителей. Небольшое добавление примеси к полупроводнику называется легированием.
Примеси бывают двух типов - донорные и акцепторные.
Донорные примеси
Когда в кристалл германия с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы, например, атомы мышьяка As, возникает электронная проводимость. Четыре валентных электрона атома мышьяка включены в образование ковалентных связей с четырьмя соседними атомами германия. У атома мышьяка остался лишний пятый валентный электрон, слабо связанный с ядром (см. рисунок 4). Энергия, необходимая для разрыва связи этого электрона с атомом мышьяка мала. Поэтому при комнатной температуре почти все атомы мышьяка лишаются одного из своих электронов и становятся положительными ионами. Положительный ион мышьяка не может захватить электрон у одного из соседних атомов германия, так как энергия связи электронов с атомами германия значительно превышает энергию связи пятого валентного электрона с атомом мышьяка. Поэтому эстафетного перемещения электронной вакансии не происходит, дырочной проводимости нет. В результате введения примеси возникает значительное число свободных электронов. Это приводит к резкому уменьшению удельного сопротивления полупроводника – в тысячи и даже миллионы раз. Удельное сопротивление проводника с большим содержанием примесей может приближаться к удельному сопротивлению металлического проводника.
|
|
|
Рисунок 4.
Примесь из атомов с валентностью, превышающей валентность основных атомов полупроводникового кристалла, называется донорной примесью. Валентные электроны атомов данной примеси становятся носителями заряда.
В полупроводниковом кристалле, содержащем донорные примеси, электроны являются основными, но не единственными носителями тока, так как небольшая часть собственных атомов полупроводникового кристалла ионизована и часть тока осуществляется дырками. В данных полупроводниках будет возникать электронная проводимость, характерная электронным полупроводникам (полупроводникам n-типа).
Акцепторные примеси
Когда в кристалл германия введены трехвалентные атомы, например, атомы индия In, возникает дырочная проводимость. Атом индия с помощью своих валентных электронов создал ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами германия. На образование связи с четвертым атомом германия у атома индия нет электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов германия (см. рисунок 5).
|
|
|
Рисунок 5.
В этом случае атом индия превращается в отрицательный ион, расположенный в узле кристаллической решетки, а в ковалентной связи соседних атомов образуется вакансия. В результате введения примеси в кристалле разрывается множество ковалентных связей и образуются вакантные места (дырки). На эти места могут перескакивать электроны из соседних ковалентных связей, что приводит к хаотическому блужданию дырок по кристаллу. Наличие примеси резко снижает удельное сопротивление полупроводника за счет появления большого числа свободных дырок.
Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки, не увеличивая при этом число электронов проводимости, называют акцепторными (примеси, имеющие валентность меньше чем у основного полупроводника).
|
|
|
Основными носителями тока в полупроводниковом кристалле с акцепторной примесью являются дырки, а не основными носителями - электроны. В данных полупроводниках будет возникать дырочная проводимость, характерная дырочными полупроводниками (полупроводниками р-типа).
Заключение
Итак, мы выяснили, что:
1) Полупроводники - группа веществ, проводимость которых занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами.
2) Основной особенностью полупроводников является то, что с изменением температуры меняется их электропроводность. Электропроводность полупроводников также зависит от концентрации примесей, температуры, воздействия различных видов излучения, освещения, электрического и магнитного полей.
3) Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.
4) Полупроводниковые соединения делят на простые и сложные.
a) Простые полупроводниковые материалы - собственно химические элементы: бор B, углерод C, германий Ge, кремний Si, селен Se, сера S, сурьма Sb, теллур Te и йод I.
b) В группу сложных полупроводниковых материалов входят химические соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами и включающие в себя два, три и более химических элементов.
|
|
|
5) Чистые полупроводники (без примесей), в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. Собственная проводимость бывает двух видов: электронная и дырочная.
6) Проводимость полупроводников сильно зависит от содержания примесей. Собственная проводимость у полупроводников обычно мала. У них наряду с собственной проводимостью при наличии примесей возникает дополнительная – примесная проводимость. Примеси бывают двух типов - донорные и акцепторные.
Список литературы
1. Физика. Электродинамика. 10-11 классы. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков, Б.А. Слободсков. – 12-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2012. – 476.
2. Водовозов А.М. Учебное пособие / Основы электроники – М.: Высшая школа, 2016. – 140 с.
3. Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для ВУЗов / издание 7 – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 560 с
Размещено на Allbest.ru
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 83; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!