Домішкова провідність напівпровідників
Провідність, викликана наявністю у кристалі напівпровідника домішок атома з іншою валентністю, називають домішковою. Домішки, що викликають у напівпровіднику збільшення вільних електронів, називаютьдонорними, а ті, що викликають збільшення дірок, називаютьакцепторними.
Напівпровідники, електропровідність яких підвищилася завдяки утворенню надлишку вільних електронів при введені домішки, називають напівпровідникомзелектронноюпровідністюабонапівпровідникомтипуn.
Для напівпровідника типу nконцентрація електронів у зоні провідності дорівнює
,
де
– власна концентрація електронів
напівпровідника;
-
концентрація атомів донорної домішки.
Так як
,
то для напівпровідника типуn,
.
Для напівпровідника типу nконцентрація дірок
.
Тобто, більшість рухомих носіїв заряду напівпровідника типу n – це електрони, їх називають основниминосіямизаряду.
Напівпровідники, електропровідність яких обумовлена рухом дірок, називають напівпровідником з дірковою провідністю, або напівпровідникомтипу p.
Для напівпровідника типу pконцентрація дірок
,
де
– власна концентрація дірок напівпровідника;
-
концентрація атомів акцепторної домішки.
Так як
,
то для напівпровідника типуp,
.
Для напівпровідника типу pконцентрація електронів
.
На відміну від напівпровідника nтипу (з донорною домішкою), у напівпровідникуpтипу дірки є основними носіями заряду.
Рис. 7
Енергетичні
діаграми для домішкових напівпровідників
наведені на рис.7 (а – напівпровідник
типу n, б – напівпровідник
типуp), де
– рівень Фермі;
– максимальний енергетичний рівень
валентної зони;
– мінімальна енергія зони провідності;
– ширина забороненої зони;
еВ
– відстань між домішковим рівнем і
зоною провідності (напівпровідник типуn);
еВ
– відстань між домішковим рівнем і
зоною провідності (напівпровідник типуp).
Енергія рівня Фермі для напівпровідника типу n
.
Енергія рівня Фермі для напівпровідникатипу p
.
Температурна залежність провідності домішкових напівпровідників
Як вже відомо (див. вираз (2.5)), питома електропровідність напівпровідника
.
Розглянемо модифікації цього виразу для напівпровідників з різними типами провідності.
Для напівпровідника типу n
.
Для напівпровідника типу p
;
Повна провідність електропровідність домішкового напівпровідника
,
де
– провідність власного напівпровідника;
- провідність напівпровідника типуn або
типу p, у
залежності від домішку.
З виразу (2.4) випливає, що питома електропровідність домішкового напівпровідника
,
де
– енергія іонізації атома домішки –
енергія, що необхідна для переходу
електронів з домішкового енергетичного
рівня у зону провідності (для напівпровідника
типуn), або для переходу
з валентної зони на домішковим енергетичний
рівень (для напівпровідника типуp).
Рис.8
На графіку (рис.8) наведена залежність домішковою провідності від температури. Ділянка 1 – домішкова складова; 2 – змішана провідність; 3 – власна провідність.
Зі низьких температур немає генерації пар зарядів «електрон-дірка», провідність визначається домішковими атомами. Зі збільшенням температури «активізується» власна провідність, і загальна провідність стає змішаною. За великих температур відбувається генерація пар зарядів «електрон-дірка».
На практиці використовують ділянку 2, бо вона є найбільш температуро стабільною.