Вопрос 5. Собственный и примесный полупроводник

Собственными называются полупроводники, не содержащие примесных атомов. Концентрации электронов и дырок в собственных полупроводниках одинаковы и для определенного полупроводника зависят только от температуры:

Примесными называются полупроводники, легированные определенными примесными атомами с целью регулировки концентраций электронов n и дырок p. Для этого используются примесные атомы — доноры и акцепторы, создающие в запрещенной зоне мелкие примесные уровни. Доноры с концентрацией N_d создают примесные уровни Е_(/, расположенные вблизи дна зоны проводимости, и характеризуются энергией активации

Акцепторы с концентрацией N_a создают примесные уровни Е_я, расположенные вблизи потолка валентной зоны и имеющие энергию активации

Энергии активации обычно не превышают 0,1 эВ. Примесные уровни и энергии активации показаны на рис. 3

Рис.3

F— уровень Ферми в полупроводнике и-типа

Валентная оболочка доноров содержит на один электрон больше, а акцепторов — меньше, чем у атомов полупроводника. Поэтому доноры и акцепторы могут ионизироваться, отдавая один электрон в зону проводимости или поглощая один электрон из валентной зоны. При этом нейтральные атомы доноров и акцепторов превращаются в примесные ионы с концентрациями, соответственно, N] и N~.

Если электронейтральный полупроводник содержит только донорную примесь, концентрация электронов превышает концентрацию дырок

В случае легирования акцепторами концентрация дырок больше, чем электронов:

В первом случае говорят о полупроводнике «-типа, электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными. Во втором случае полупроводник имеет р-гии проводимости, основными носителями являются дырки, а неосновными — электроны.

Если концентрации донорных и акцепторных ионов одинаковы, то избыточные электроны доноров поглощаются акцепторами. В этом случае полупроводник называется компенсированным, а концентрации электронов и дырок равны собственным концентрациям.

В электронных приборах полупроводник обычно содержит оба типа примесей. При этом тип его проводимости зависит от того, каких примесных ионов больше: при N*_d > N~ реализуется «-тип, а при N~>Nj — p-тип проводимости.

Список использованной литературы

1. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика ч.2. Электричество и магнетизм: Учебное пособие для технических университетов. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 2003. – 738 с.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: учебное пособие для втузов. – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002. – 718 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. – Изд. 9-е, перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 560 с.

4. Ботаки А.А., Ульянов В.Л., Ларионов В.В., Поздеева Э.В. Основы физики: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 103 с.