Рис. 5.5
Так как четыре валентных электрона кремния и фосфора прочно связаны с кристаллической решёткой, то они не могут в обычных условиях участвовать в проводимости кристалла. Проводимость такого полупроводника будет обусловлена только направленным движением свободных (лишних) электронов примеси.
Примеси искажают поле решётки, что приводит к возникновению на энергетической схеме полупроводника примесных (локальных) уровней, расположенных в запрещённой зоне кристалла вблизи дна зоны проводимости (рис 5.5). В рассмотренном случае локальные зоны называются донорными уровнями, а атомы примеси – донорами. Проводимость кристалла обьясняется тем, что атомы примеси уже за счёт теплового движения переходят с локальных уровней в зону проводимости (рис. 5.5). Этому процессу соответствует отщепление пятого валентного электрона от атома примеси. Следовательно, такой полупроводник обладает только одним видом носителей тока – электронами примеси. Принято называть рассмотренный вид полупроводников полупроводниками “n” – типа (от слова negativ – отрицательный), поскольку полупроводник с донорной примесью заряжается отрицательно по сравнению с состоянием чистого полупроводника.
Дырочная проводимость (полупроводники p – типа). Рассмотрим случай, когда валентность примеси на единицу меньше валентности основных атомов (например, 4-хвалентные атомы кремния частично замещаются 3-хвалентными атомами бора). Кристаллическая решётка кремния с примесью бора изображена на рис. 5.6.
 |
E зона проволимости
акцепторные уровни
валентная зона
Рис. 5.6 Рис. 5.7
Трёх валентных электронов атома бора недостаточно для образования ковалентных связей со всеми четырьмя соседями кремния. Поэтому одна из связей оказывается неукомплектованной и представляет собой место, способное захватить электрон из соседней ковалентной связи. При переходе на это место электрона из соседних пар возникает дырка, которая будет перемещаться по кристаллу. Таким образом в этом случае основным носителем тока будет дырка. Проводимость при этом называется дырочной, а атомы примеси – акцепторами. Полупроводники с дырочной проводимостью называются полупроводниками “p” типа (от слова positiv – положительный), поскольку полупроводник с акцепторной примесью заряжается положительно по сравнению с состоянием чистого полупроводника.
Акцепторные уровни располагаются в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. Образованию дырки отвечает переход электрона из валентной зоны на акцепторный уровень (рис. 5.7).
При повышении температуры концентрация примесных носителей тока быстро достигает насыщения. Это означает, что практически освобождаются все донорные или заполняются электронами все акцепторные уровни. Вместе с тем по мере роста температуры всё в большей степени начинает сказываться собственная проводимость полупроводника, обусловленная переходом электронов непосредственно из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, при высоких температурах проводимость полупроводника будет складываться из примесной и собственной проводимостей; при низких температурах преобладает примесная проводимость, а при высоких – собственная.
5.3. p – n переход (полупроводниковый диод)
Основным элементом полупроводниковых приборов является так называемый p–n–переход. Он представляет собой тонкий слой на границе между двумя областями одного и того же кристалла, отличающимися типом примесной проводимости. p-n–переход не может быть образован в случае прижимного контакта двух полупроводников с разным типом проводимости. Изготовление p-n-переходов требует особой технологии. Но для того, чтобы рассмотреть процессы, ведущие к образованию p-n–перехода, представим себе, что идеальный контакт между кристаллами создан путём простого их соприкосновения. Зонные схемы полупроводников p-типа (справа) и n-типа (слева) представлены на рис. 5.8а.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.