Донорная (электронная) проводимость
Если к четырехвалентному чистому полупроводнику добавить пятивалентную примесь, то 4 валентных электрона атома примеси будут взаимодействовать с 4-мя валентными электронами атома чистого полупроводника, образуя четыре прочные ковалентные связи. Пятый валентный электрон атома примеси оказывается лишним – ему не хватает пары. Этот пятый электрон слабо связан с атомом, поэтому уже при комнатной температуре (получив тепловую энергию) легко отрывается от атома и становится свободным. Атом примеси при этом ионизируется – становится положительным ионом. При комнатной температуре все атомы примеси ионизированы. Кроме процесса ионизации в таком полупроводнике происходит еще процесс генерации, в котором участвуют атомы чистого полупроводника. При этом часть валентных электронов этих атомов, получив тепловую энергию в виде комнатной температуры, переходит из валентной зоны (ВЗ) в зону проводимости (ЗП) и становится свободными. На их месте в валентной зоне образуются дырки. Происходящие процессы можно изобразить следующим образом:
Таким образом, в результате двух процессов в таком полупроводнике носители заряда распределяются следующим образом: имеется большое количество свободных электронов и малое количество дырок. Ионы носителями заряда не являются (не перемещаются), поэтому речь о них не идет. Пятивалентная примесь называется донорной (от слова «донор» - отдать) или электронной, т.к. основными носителями заряда (ОНЗ) в этом полупроводнике являются электроны. Дырки в этом полупроводнике будут являться неосновными носителями заряда (ННЗ). Полупроводник с электронной проводимостью называется донорным полупроводником или полупроводником n-типа (буква «n» - первая буква слова negative – отрицательный). Акцепторная (дырочная) проводимость Введем в чистый полупроводник трехвалентную (акцепторную) примесь. При этом 3 валентных электрона атома примеси взаимодействуют с 3-мя валентными электронами атома чистого полупроводника, образуя три прочные ковалентные связи. Четвертая ковалентная связь оказывается неполной – для нее не хватает электрона примеси, а значит, на этом месте образуется дырка. Эта дырка может быть заполнена валентным электроном из соседней ковалентной связи, но тогда возникнет дырка в другом месте и т.д. Валентный электрон, заполнивший дырку, ионизирует атом примеси – возникает отрицательный ион. Как и в предыдущем случае, при комнатной температуре все атомы примеси ионизированы. Кроме процесса ионизации в таком полупроводнике также происходит процесс генерации, в котором участвуют атомы чистого полупроводника. При этом часть валентных электронов этих атомов, получив тепловую энергию в виде комнатной температуры, переходит из валентной зоны (ВЗ) в зону проводимости (ЗП) и становится свободными. На их месте в валентной зоне образуются дырки. Происходящие процессы можно изобразить следующим образом:
Таким образом, в результате двух процессов в таком полупроводнике носители заряда распределяются следующим образом: имеется большое количество дырок (ОНЗ) и малое количество свободных электронов (ННЗ). Проводимость в данном случае будет дырочной, а полупроводник – акцепторный или полупроводник p-типа (буква «p» - первая буква слова positive – положительный).
|
