Собственная и примесная проводимости полупроводников

При повышении температуры или при облучении полупроводника лучистой энергией часть валентных электронов, получивших необходимую энергию, уходят из ковалентных связей, становясь свободными носителями зарядов, одновременно образуя незаконченные ковалентные связи-дырки.

В химически чистых полупроводниках, называемых собственными, число свободных электронов равно числу дырок. Дырка в электрическом и магнитном полях ведет себя как частица с положительным зарядом, равным заряду электрона. Незаконченную ковалентную связь может заменить свободный электрон, разорвавший ковалентную связь соседнего атома. При этом одна ковалентная связь восстанавливается, другая разрушается. Создается впечатление, что дырка перемещается от одного атома к другому в направлении противоположном электрону.

Разрывы ковалентных связей с образованием свободных электронов называют – генерацией. А восстановление ковалентных связей – рекомбинацией. Рекомбинация сопровождается выделением некоторой энергии в виде теплоты или света; генерация происходит с поглощением энергии.

При наличии внешнего электрического поля перемещение свободных электронов и дырок приобретает упорядоченный характер, электроны движутся против направления поля, дырки по направлению поля.

Проводимость, обусловленная движением свободных электронов, называется электронной n-типа (от negative), а дырочную называют проводимостью р-типа (от positive). Проводимость, осуществленная одновременно электронами и дырками называется собственной или i-типа.

Для изменения характера проводимости в чистый полупроводник вводят примеси (элементы третьей или пятой группы), мышьяк, фосфор, сурьму, применяют для получения полупроводников с преобладанием электронной проводимости, а элементы третьей группы, такие как бор, алюминий, галлий, индий, используют для получения полупроводников с преобладанием дырочной проводимости. Механизм получения примесных полупроводников «n» и «р» – типов показан на рис. 2 и 3.

Рис. 2 Рис. 3

Поскольку атомы примесей пятой группы являются источниками свободных электронов, такую примесь называют донорной, а полупроводник с донорной примесью – примесный проводник n-типа.

Так как атом 3-х валентной примеси (третьей группы) способен воспринять электрон для заполнения разорванной ковалентной связи, его называют акцептором, а полупроводник с акцепторной примесью – примесным полупроводником р-типа.

В примесных полупроводниках различают два вида носителей зарядов – основные и неосновные. Основные носители обусловлены примесями, неосновные – генерацией. В полупроводнике n-типа основными носителями являются свободные электроны, а неосновными – дырки. В полупроводнике р-типа – наоборот.

Полупроводниковые материалы применяются при производстве полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, тиристоров; фотоэлектронных приборов: фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов; интегральных схем.

Тест для самоконтроля к УЭ №1

Выберите правильный ответ.

1. Какие факторы создают собственную электропроводность кристалла?

а) повышение температуры;

б) ультрафиолетовое облучение;

в) влажность контактируемого воздуха. Р=3

2. Проводимость в собственных полупроводниках обусловлена … .

а) рекомбинацией; б) генерацией; в) абсорбцией. Р=3

3. Почему с повышением температуры увеличивается проводимость полупроводника?

а) вносятся дополнительные носители заряда;

б) уменьшается ширина зоны проводимости;

в) увеличивается количество пар свободных носителей заряда.

Р=3

4. От чего зависит значение примесной электропроводности кристалла?

а) от материала примеси;

б) от количества примеси;

в) от валентности примеси. Р=3

Установите соответствие.

5. К какому типу относятся:

Р=3

6. Укажите в каких полупроводниках (собственных или примесных) электропроводность выше.

а) в собственных;

б) в примесных;

в) в указанных полупроводниках электропроводность одинаковая.

Р=3

7. Назовите основные виды полупроводниковых материалов, используемых в полупроводниковой технике.

а) селен, индий, графит;

б) бор, гафний, йод;

в) кремний, германий, арсенид галлия. Р=3

8. В каких приборах применяются полупроводниковые материалы?

а) в транзисторах, тиристорах, диодах;

б) в микросхемах, фоторезисторах;

в) в резисторах, конденсаторах, трансформаторах. Р=3

УЭ № 2. Полупроводниковые диоды.

Формы организации учебных занятий: лекция, лабораторная работа.

После изучения УЭ Вы будете:

знать:

– назначение, устройство, принцип действия диодов;

– маркировку диодов, область применения;

уметь:

– производить испытание полупроводниковых диодов.