Рис.10.3. Схема образования собственной проводимости
Если n—=N / V - концентрация электронов, n+ - концентрация дырок, п0 - коэффициент пропорциональности, характеризующий число атомов решетки в единице объёма, ∆W=Wc-Wv – расстояние между валентной зоной и зоной проводимости, k = 1,38•10-23Дж/К—постоянная Больцмана, Т - температура полупроводника, то
|
n W
k T
n— n+=n0 e∆W / kT 1 /м3 Дж Дж/К К (10.2)
Произведение концентраций электронов и дырок при заданной температуре постоянно. В германии при комнатной температуре n+ ≈2,5•1013 см–3, а плотность атомов равна 4,4•1022 см–3. Таким образом, одна пара носителей заряда приходится примерно на 109 атомов.
10.2.2. Примесная электропроводность
Примесная электропроводность вызывается носителями заряда, которые образованы из атомов примеси, вносимых в определённом количестве. В зависимости от типа примеси (донорная или акцепторная) можно получить примесные электропроводности типа п или типа р.
Возможность создания в полупроводниках областей с примесной электропроводностью различного типа является основой изготовления р-п - перехода.
Примесную электропроводность могут вызвать и загрязнения, которые попали в полупроводник случайно.
10.3. Проводимость р-n типа
10.3.1. Электронная проводимость n-типа
Проводимость полупроводника можно увеличить добавлением атомов других элементов (легирование ). При введении в решетку полупроводника примесей возникает примесная проводимость(в отличие от собственной проводимости). Например, при легировании четырёхвалентного германия пятивалентным мышьяком (или сурьмой, фосфором) в месте нахождения атома примеси появляется лишний свободный электрон. Один атом примеси приходится на 105…106 атомов решетки полупроводника. Примеси, приводящие к появлению свободных электронов, называются донорными. Энергетические уровни донорных электронов WD лежат ниже зоны проводимости.
В данном случае справедливо выражение 10.2. Поскольку наличие примеси приводит к увеличению приблизительно в 103 раз концентрации электронов, во столько же раз должна уменьшиться концентрация дырок: п--≈106п+.
Поскольку п – >>п+ , электроны называются основными носителями,а дырки - не основными носителями; германий в этом случае называют полупроводникомсэлектронной проводимостью, или полупроводником п - типа.
Проводимость в полупроводнике п- типа обусловлена почти исключительно электронами.
 |
|||
 |
|||
W
Wc
WV
Рис.10.4. Схема образования полупроводника п-типа
10.3.2. Дырочная проводимость (р - типа)
Проводимость полупроводника можно увеличить, легируя его элементами с меньшей валентностью. Если, например, легировать германий, трехвалентным индием(либо бором, галлием), то в месте нахождения атома примеси возникает лишняя дырка. Такие примеси, уменьшающие число свободных электронов, называют акцепторными. Соответствующий им энергетический уровень лежит немного выше валентной зоны. При увеличении концентрации дырок, согласно (10.2.) концентрация электронов уменьшается.
Поскольку п+>> n_, дырки будут основными носителями, а электроны не основными. Такой тип полупроводника называют дырочным полупроводником, или полупроводником р - типа.
— Проводимость в полупроводнике р - типа осуществляется почти исключительно дырками.
 |
WWc
WA
WV
Рис.10.5.Схема создания полупроводника р - типа
Энергия ионизации атомов примесей, используемых в качестве доноров или акцепторов, имеет порядок 10³ эВ, но ионизация происходит уже при комнатной температуре, а энергия теплового движения частиц 0,04 эВ. Дело в том, что при переходе атома примеси в кристаллическую решетку полупроводника его энергия ионизации уменьшается пропорционально квадрату относительной диэлектрической проницаемости среды, поэтому энергия ионизации примесей в полупроводниках имеет порядок десятых и сотых долей электрон-вольта.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.