Полупроводники, электропроводность которых обусловлена примесными электронами, называются электронными или n-полупроводниками (n-типа). Примеси, которые обеспечили электронную проводимость, называют донорными. В электронных полупроводниках свободных электронов в зоне проводимости больше, чем дырок в валентной зоне. Электроны в n-полупроводнике являются основными носителями заряда, а дырки – неосновными. Концентрация электронов в n – полупроводнике nn много больше концентрации дырок pn ( nn>>pn)
Дырочные полупроводники. Если в кремний введен атом трехвалентного элемента III группы Периодической системы Д. И. Менделеева (например, бора В), то все три его валентных электрона вступают в связь с четырьмя электронами соседних атомов кремния. Для образования устойчивой оболочки из восьми электронов не хватает одного. Им является один из валентных электронов, отбираемый от ближайшего соседнего атома, у которого в результате образуется незаполненная связь – дырка (рис.1.3,а).
Дырочный полупроводник
Рисунок 1.3
На энергетической диаграмме этот процесс соответствует переходу электрона из валентной зоны на уровень акцепторов Wа и образованию в валентной зоне дырки (рис.1.3,б), свободного электрона в зоне проводимости при этом не образуется. Примесной атом превращается в неподвижный отрицательный ион. Примесь такого типа называется акцепторной, а полупроводники, в которые введены акцепторов, - дырочными или р-полупроводниками (р-типа).
В дырочных полупроводниках дырок больше, чем свободных электронов, поэтому эти полупроводники обладают дырочной электропроводностью. Дырки являются основными носителями заряда, а свободные – неосновными. Концентрация дырок в p- полупроводнике pp много больше концентрации электронов pn ( pp>>pn).
Из энергетических диаграмм электронных и дырочных полупроводников (рис.1.2,б и рис.1.3.б) видно, что уровни доноров Wд и акцепторов Wа расположены в запрещенной зоне: уровни Wд – вблизи дна зоны проводимости, а уровни Wа - вблизи потолка валентной зоны. Отрыв лишнего электрона от донора или добавление недостающего электрона к акцептору требует небольших затрат энергии (0,04Эв в кремнии и 0.01Эв в германии). Эта энергия называется энергией ионизации DWион.
1.2. Контактные явления в полупроводниках
Область на границе двух полупроводников с различными типами электропроводности называется электронно-дырочным переходом или p- n- переходом. Работа всех полупроводниковых приборов, применяемых в радиоэлектронике, основана на использовании свойств одного или нескольких p - n - переходов.
Различают три состояния p – n - перехода: 1) равновесное, когда к нему не приложено внешнее напряжение; 2) включение в прямом направлении – прямое смещение; 3) включение в обратном направлении – обратное смещение. В последних двух случаях к выводам p – n - перехода подключают внешние источники э.д.с.
1.3. Равновесное состояние p – n- перехода.
Рассмотрим несимметричный p – n- переход между электронной и дырочной областями полупроводника, для случая, когда концентрация донорной примеси Nд n – полупроводника больше концентрации акцепторной примеси Nа p – полупроводника (Nд>Nа). Неравенство концентраций основных носителей приведет к тому, что область p – n- перехода, в котором концентрации электронов и дырок выравниваются, оказывается смещенной в сторону полупроводника с более низкой концентрацией примесей ( рис.1.4.).
Неодинаковая плотность основных носителей заряда (рис.1.4,б) приводит к диффузионному перемещению электронов из n – полупроводника в p – полупроводник и дырок из p – полупроводника в n – полупроводник. Это диффузионное перемещение носителей показано на рис.1.4,а сплошными стрелками. Здесь электроны изображены жирными точками, дырки – кружочками,а знаки плюс и минус в кружочках изображают ионы донорной и акцепторной примесей соответственно.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.